Jak informowałem w poprzednim wpisie, głównym celem testu było kontrolowane opuszczenie platformy startowej, co Starship wykonał w pięknym stylu:

Oficjalne video ze startu:

https://www.youtube.com/live/-1wcilQ58hI?feature=share&t=2693

Udało się też z powodzeniem „zaliczyć” moment max Q (w którym siły działające na rakietę, wynikające z relacji między jej prędkością a gęstością atmosfery, są największe), osiągnąć prędkość ponaddźwiękową i wysokość 35 km.

Niestety, problemy techniczne orbitalnego prototypu, z których część dała się zauważyć krótko po starcie (o ich dokładnej naturze nie będę jednak spekulował bez zapoznania się oficjalną interpretacją zebranej podczas lotu telemetrii), uniemożliwiły prawidłową separację drugiego stopnia, na skutek czego zarówno statek jak i booster zostały wysadzone (standardowa procedura w takim przypadku).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

W najbliższych miesiącach zespół inżynierów SpaceX czeka doprowadzenie do stanu używalności wszystkich instalacji naziemnych (te bowiem zostały dość poważnie „sponiewierane” przez ogień silników i towarzyszącą mu falę uderzeniową), w celu ponowienia startu parą (prawdopodobnie) booster nr 9 i statek nr 26 (prototyp pozbawiony powierzchni aerodynamicznych oraz płytek osłony termicznej, tj. przeznaczony, w przypadku osiągnięcia orbity, do zniszczenia w momencie wejścia w atmosferę).

ERRATA: wg oficjalnej informacji od SpaceX (na końcu video) do kolejnego testu przygotowywany jest jednak S25 (posiadający powierzchnie aerodynamiczne i osłonę termiczną).

O modyfikacjach wdrożonych między boosterem nr 7 (bohaterem dzisiejszego widowiska) a 9 napiszę w kolejnej „Aktualizacji z Boca Chica”.

‏‎ ‎

PS

Jeżeli chciałbyś dowiedzieć się więcej na temat znaczenia sukcesu Starshipa dla załogowej eksploracji Układu Słonecznego lub zastanawiałeś się jak SpaceX zamierza rozwiązać problem promieniowania kosmicznego, zapoznaj się z moją analizą możliwości Starshipa w kontekście misji na Marsa:

‏‏‎ ‎‎

Przeczytaj artykuł (40 min)

‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎

Stan faktyczny na „tu i teraz” zgodny jest z większością prognoz, jakie znalazły się w poprzedniej aktualizacji (rzecz wcale nieoczywista) – do testu orbitalnego niezmiennie szykowana jest para Booster 7 i Ship 24. Kluczowe zmiany to zaspawanie otwarcia części ładunkowej S24 (brak planu wyniesienia satelitów w pionierskim locie) i anulowanie boostera nr 8 (z którego „rzutem na taśmę” przeniesiono do B7 moduł zasilania hydrauliki – to ostatnia „duża” modyfikacja B7 przed finalnym odliczaniem), prawdopodobnie wraz z przypisanym mu wcześniej statkiem, czyli S25.  

Minione miesiące przyniosły ponadto pierwsze odpalenie statyczne silników (początkowo jednego silnika) boostera na orbitalnej platformie startowej, a następnie 4 kolejne, z coraz większą liczbą uruchamianych testowo Raptorów 2 (aż do 31, odpalonych na 50% ciągu).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Równolegle trwały intensywne prace nad przygotowaniem tzw. „stopnia 0” do obsłużenia startu pełnego zestawu (B7S24). Około miesiąc zajęła inżynierom wymiana 20 przyłączy RQD (Raptor quick disconnect) wokół tzw. stołu orbitalnego, podających paliwo do rozruchu zewnętrznego pierścienia silników boostera – pierwotnie bowiem miały one pasować do Raptorów 1 (które zamontowane były w „emerytowanym” B4).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Cała platforma, wraz z dolnymi segmentami wieży, została również „opancerzona” stalowymi płytami, by przetrwać bezprecedensowy start systemu Starship w stanie możliwie nienaruszonym.

I tak się składa, że dzisiaj, o godzinie 14:00 polskiego czasu, rozpoczęło się długo wyczekiwane, pierwsze, zatwierdzone przez FAA okno startowe dla orbitalnej próby tegoż systemu. 

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Próby o potencjalnie historycznym znaczeniu, podczas której obserwować będziemy mogli – w pożądanym biegu wydarzeń – oderwanie od platformy startowej najpotężniejszej rakiety (ciąg dwóch Saturnów V) i tym samym najcięższego obiektu, jaki kiedykolwiek uniósł się z Ziemi o „własnych siłach”.

Jeżeli Starshipowi uda się, już przy pierwszym w całej historii projektu starcie statku na szczycie boostera, zostawić w tyle wieżę startową w kontrolowany sposób, będziemy mogli mówić o niekwestionowanym sukcesie numer 1 testu (na etapie zapłonu 33 silników Raptor 2 bardzo wiele rzeczy może bowiem pójść nieoptymalnie, co w przypadku przesuwania granic inżynieryjnych oznacza nader często „katastrofalnie”).

Prawidłowe odłączenie statku od stopnia nośnego będzie sukcesem numer 2, osiągnięcie zaplanowanej trajektorii orbitalnej sukcesem trzecim, ponowne wejście w atmosferę czwartym, a wodowanie w wyznaczonej strefie oznaczałoby sukces piąty i tym samym scenariusz wybiegający dalece poza racjonalne przewidywania, zważywszy na dotychczasowy rejestr pierwszych prób orbitalnych rakiet eksperymentalnych. 

Dla zarysowania kontekstu nadchodzącej próby odnotujmy, iż systemy konstruowane wg nowych projektów rzadko zaliczają orbitę przy pierwszym podejściu. Jeżeli zaś chodzi o sektor New Space, czyli prywatne start-upy rakietowe XXI wieku (o zasadniczych różnicach w podejściu do wyzwań eksploracji Układu Słonecznego między Old Space i New Space pisałem we wstępie do tego artykułu), nie wydarzyło się to jeszcze nigdy. Wspomnieć można nieudane, pierwsze próby takich firm jak Astra, Firefly Aerospace (trzecie podejście do orbity rakiety Alpha prawdopodobnie w maju) czy Relativity Space, przed niecałym miesiącem (a wszystkie wymienione to rakiety lekkie, osiągami zbliżone bardziej do Falcona 1 sprzed 15 lat niż do o dwa rzędy wielkości potężniejszego Starshipa).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Podobnie dla państwowych agencji kosmicznych oraz korporacji z dekadami zrealizowanych projektów (i dziesiątkami rządowych miliardów) na koncie, opracowanie nowego systemu orbitalnego nie jest bynajmniej inżynieryjną formalnością – nieudana, pierwsza misja japońskiej H3, południowo-koreańskiej Nuri czy niedawna eksplozja podczas testów sztandarowej dla United Launch Alliance (podmiot ufundowany przez Boeinga i Lockheed Martin), rozwijanej od ponad 8 lat, ciężkiej rakiety Vulcan Centaur są świadectwem poziomu trudności wyzwania2. 

Osoby lubujące się w studzeniu oczekiwań mogłyby ponadto argumentować, że jeszcze żaden silnik napędzany mieszanką metalox nie osiągnął orbity (Musk postawił na CH4 z uwagi na chęć produkcji paliwa na Marsie w relatywnie prostej reakcji chemicznej, fakt, że metan „wybacza” więcej niż wodór pod względem szczelności zbiorników, a jednocześnie pozwala osiągnąć wysoką efektywność spalania), podobnie jak żaden silnik pełnoprzepływowy; że nigdy 33 silniki rakietowe nie zostały uruchomione w tym samym momencie (a posiadająca 30 silników, radziecka N1 poniosła 4 klęski przy swoich startach, zanim projekt został uznany za fiasko i zakończony) lub, że konstrukcja zespawana z pierścieni dość zwyczajnej (ale bardzo taniej!) stali nierdzewnej może nie wytrzymać naprężeń w momencie maksymalnego ciśnienia atmosferycznego (tzw. max Q).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Istnieje jednak inny punkt widzenia – taki, w którym oczekiwania co do skali sukcesu dziewiczego lotu orbitalnego Starshipa rozpatrywać będziemy nie przez pryzmat historycznych i współczesnych wysiłków rywali SpaceX, a dokonań samego SpaceX. A te są spektakularne. Wręcz nie brzmią realnie na tle reszty branży – przykładowo, główna konkurencja (chociaż może bardziej sensowne byłoby zacząć pisać „konkurencja” w cudzysłowie) wystrzeliła od początku roku 3 rakiety, podczas gdy SpaceX przed miesiącem wystrzelił 3 rakiety w 3 dni. 

Falcon 9 umieszcza obecnie na orbicie okołoziemskiej więcej ładunku niż wszystkie inne, funkcjonujące na świecie rakiety razem wzięte (lwia część tego ładunku do satelity megakonstelacji Starlink, które stanowią zarazem ponad połowę aktywnych satelitów ludzkości ogółem – SpaceX obsługuje ich na ten moment blisko 4 tys.), oferując nawet kilkadziesiąt procent niższą cenę wyniesienia.

W całym, 2022 roku Falcon 9 startował średnio co 6 dni (!), a w roku 2023 częstotliwość startów wynosi jak dotąd 4,5 dnia (nie licząc styczniowej misji Falcona Heavy, który, gdy to piszę, stoi ponownie na platformie startowej w Centrum Kennedy’ego – drugi w tym roku start planowany jest na 24-25.04). Najkrótszy odstęp między startami? 4 godziny i 12 minut.

Obecnie wykorzystywany model stopnia nośnego (boostera) Falcona 9, czyli tzw. Block 5, ma na koncie 161 misji, przy 100% skuteczności (zero niepowodzeń przy wyniesieniach). 

Liczba ponownych użyć tego samego boostera: 15. Co oznacza 15 udanych lądowań, z czego 13 na barce, na środku oceanu – tu przypomnę, że mija ósmy rok od zaprezentowania przez SpaceX lądowania (idea forsowana przez Muska jako kluczowa dla obniżenia kosztu) boostera klasy orbitalnej i do dziś żaden podmiot, ani prywatny, ani rządowy, nie jest w stanie powtórzyć tego manewru. 

Więcej: w marcu tego roku Falcon 9 przekroczył 100 udanych lądowań z rzędu (zdecydowana większość na oceanicznych barkach). To więcej niż najdłuższa seria udanych (pełne powodzenie wyniesienia) startów z rzędu dowolnej rakiety w historii lotów kosmicznych, wyłączając Falcona 9. 

Powyższe dane rzucają światło, z jednej strony, na mogące ówcześnie uchodzić za hiperbolę wypowiedzi Muska sprzed lat, odnośnie uczynienia przez SpaceX lotów w kosmos rutynowymi, a z drugiej strony na jego ostatnie tweety o kilku startach Starshipa na dobę, z uwagi na potrzebę dostarczenia na Marsa miliona ton cargo w celu utworzenia samowystarczalnej kolonii (co Musk przedstawia w kategoriach pilnej potrzeby cywilizacyjnej, licząc na wspólny wysiłek wielu narodów w eksploracji Czerwonej Planety, gdy regularne połączenie Ziemia-Mars-Ziemia zostanie ustanowione). 

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Zatem, mając na uwadze doświadczenie zespołu SpaceX, w tym również w synchronicznym odpalaniu dużej liczby silników – Falcon Heavy ma 27 silników i startował już pięć razy, każdorazowo ze 100-procentowym powodzeniem wynosząc ładunek – zameldowanie się Starshipa na orbicie w pierwszej próbie może nie być zupełnie wykluczone. Aczkolwiek przesadą byłoby twierdzić, że jest prawdopodobne.

Wszystko wskazuje, że przekonamy się w najbliższych dniach, a najdalej tygodniach. Naturalnie, wstrzymywanie odliczania przy pierwszej próbie nie jest niczym niezwykłym (wręcz tego właśnie należy się spodziewać) – może się to zdarzyć nawet w ostatnich sekundach, a odliczanie może być powtarzane wielokrotnie.

Najważniejsze nie jest jednak to, czy test zakończy się sukcesem w 10 czy w 90 procentach. Zdecydowanie istotniejsza wydaje się świadomość, że cała filozofia, przyświecająca projektowi Starship zorientowana jest na produkcję masową i diametralne obniżenie kosztu dotarcia na orbitę okołoziemską i dalej. 

Na zwolnienie miejsca na platformie przez B7S24 czeka już niemal gotowa para B9S26, implementująca „setki” (cyt. Musk) istotnych usprawnień inżynieryjnych (jak elektryczny gimbal zamiast hydraulicznego, co ma pozwolić na „zaoszczędzenie” kolejnych kilkuset kilogramów).

O możliwościach (działającego zgodnie z założeniami) systemu Starship pisałem już w odniesieniu do załogowych misji międzyplanetarnych i zapewne będą jeszcze dobre okazje, by przyjrzeć się im bliżej (chociażby pod kątem programu Artemis, misji DearMoon czy wyniesień instrumentów naukowych), lecz dzisiejszy artykuł zakończę tylko cytatem z opisu kolejnych pozycji odliczania do orbitalnego testu, opublikowanego kilka dni temu na oficjalnej stronie SpaceX – opis dla czasu 00:00:00 brzmi: ekscytacja gwarantowana. 

‏‎ ‎

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Spodobał Ci się ten wpis? Poinformuj o tym algorytm Substacka – przewiń proszę stronę do góry i kliknij tu:

Rozważ też poinformowanie o jego istnieniu osób w swoich mediach społecznościowych – może im również się spodoba?

‏‎ ‎

‏‎ ‎

1

Na magnesie artystyczna wizualizacja (nie są one w prawidłowej skali) dwóch marsjańskich księżyców, Fobosa i Deimosa – wspominam tu o nich, ponieważ, jak zapewne niektórzy doskonale pamiętają, tak Elon Musk nazwał dwie oceaniczne platformy startowe, o których zakupie przez SpaceX oraz planowanym przeznaczeniu pisałem w styczniu 2021 roku, a które zostały kilka miesięcy temu sprzedane na złom (w najbliższych latach SpaceX postanowił jednak skupić się na szybkim rozwoju infrastruktury startów z lądu – obecnie na ukończeniu jest wieża na Florydzie). Powyższa historia magnesu służyła głównie przekazaniu tej informacji:) 

‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

Zielone światło dla orbity z Boca Chica

Zakończenie przez FAA wielomiesięcznego procesu oceny ryzyka dla środowiska naturalnego przynosi dobre wieści dla rozwoju Starbase. 

Prawdopodobnie nigdy w historii praca urzędników i ekspertów FAA nie była śledzona przez większą rzeszę zainteresowanych. Wydana na początku tygodnia, pozytywna dla SpaceX decyzja środowiskowa musiała zostać poprzedzona nie tylko kompleksową analizą stanu faktycznego, lecz również odniesieniem się agencji do licznych komentarzy publicznych, w których argumenty merytoryczne ustępowały niekiedy miejsca dość skrajnym emocjom.

W dwóch turach wysłuchań publicznych – te podsumowałem w grudniowej aktualizacji – mogliśmy usłyszeć zarówno oskarżenia SpaceX o mordowanie żółwi, a lokalnych władz (oraz samej FAA) o rasizm i dyskryminację, jak i zgoła przeciwne opinie, nie wyłączając stwierdzenia, że najpewniej sam Bóg życzyłby sobie kursującego po całym Układzie Słonecznym Starshipa, a każdy, kto przyczynia się do opóźnienia tego stanu rzeczy, powinien przestudiować Księgę Rodzaju.

Głosy pro-SpaceX stanowiły większość (także za sprawą twitterowego apelu Muska o poparcie dla jego teksańskiego kosmoportu), a dodatkowo występowała swoista „presja instytucjonalna” spowodowana faktem, że system Starship, jako wybrany przez NASA lądownik księżycowy (HLS), jest składową programu Artemis.

Brak jednak sygnałów, jakoby ocena FAA była rezultatem jakichkolwiek nacisków – jak przystało na podmiot regulacyjno-kontrolny, agencja skrupulatnie zbadała ryzyka dla środowiska naturalnego oraz zawarła w swej decyzji szereg wskazań, jak SpaceX ma je mitygować. Spośród 75 wytycznych, zawartych w raporcie, można wymienić:

• wymóg konstrukcji bariery dźwiękochłonnej oraz „bezkolizyjnych” przejść dla zwierząt;

• obszerne instrukcje dotyczące ochrony żółwi, w szczególności opisujące metody ograniczenia sztucznego oświetlenia w okresie lęgowym (kwestia dezorientacji żółwi, które po wykluciu kierują się w stronę światła, jakiego źródłem w naturalnym środowisku powinna być tafla wody);

• współpracę z niezależnymi podmiotami (m.in. biologami) w zakresie monitorowania siedlisk, w tym udostępnienie technologii satelitarnej oraz solarnie zasilanych anten systemu Starlink, umożliwiających bardziej efektywne obserwacje dzikiej przyrody;

• obowiązek regularnego informowania okolicznych mieszkańców o planowanych testach i związanych z nimi niedogodnościach czy ryzyku (SpaceX musi też posiadać ubezpieczenie do kwoty 500 milionów dolarów na wypadek pokrycia ewentualnych strat).

  ‏‎ ‎

Resztę restrykcji można podsumować jako drobiazgi (typu zobowiązanie firmy do niewielkich, corocznych dotacji na rzecz organizacji non-profit, zajmujących się zagrożonymi gatunkami, np. ocelotem) oraz racjonalne oczekiwania co do wkładu SpaceX w ochronę środowiska i lokalnego dziedzictwa kultury.

‏‎ ‎‏‎ ‎

Postępy prac w Teksasie i na Florydzie

Tymczasem, prace nad orbitalnym prototypem toczą się nieprzerwanie, pełną parą – do lotu przygotowywany jest obecnie booster SuperHeavy numer 7 (dalej B7/stopień pierwszy), Statek nr 24 (dalej S24/stopień drugi), a także tzw. stopień 0, od którego w równym stopniu zależy powodzenie całej operacji.

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

Z uwagi (przynajmniej częściowo) na brak możliwości ubiegania się o licencję startową, zrezygnowano z lotu S20 na szczycie B4, definitywnie kończąc ze „starymi” Raptorami – począwszy od B7 i S24, system Starship opiera się wyłącznie na tzw. Raptorach 2.

Silniki drugiej generacji cechują lepsze parametry (m.in. około 25% większy ciąg i tym samym znacznie wyższy współczynnik TWR – wyjaśnienie tego i innych, charakterystycznych dla inżynierii rakietowej określeń, znajdziesz w moim poprzednim artykule) oraz dalece większa niezawodność, przynajmniej w założeniu.

TexasBocaChica (PL)

Mechanika orbitalna na skróty

Uwaga dla czytających w formie newslettera: objętość publikacji przekracza limit Gmaila (innych skrzynek mailowych zapewne też) – by poprawnie wyświetlić tekst oraz wszystkie ilustracje, otwórz artykuł bezpośrednio na Substack…

Read more

4 years ago · 11 likes · Tex

‏‎ ‎‏‎ ‎

Nasz aktualny stan wiedzy wskazuje, że SpaceX nie zamierza nawet testować nowych silników w locie przed próbą orbitalną – tzw. hop testy („skoki” góra-dół na wysokość 10-20 km) odchodzą zatem prawdopodobnie do przeszłości, gdyż wg Muska loty suborbitalne dostarczyły już firmie wystarczająco dużo informacji i nie pozwolą inżynierom nauczyć się wiele nowego (aczkolwiek odnotujmy, że ocena środowiskowa FAA uwzględnia1 akceptację dla 5 lotów suborbitalnych, które znalazły się w pierwotnej propozycji SpaceX).

Modyfikacje boostera SuperHeavy między numerem 4 i 7 (numery 5 i 6 zostały pominięte) wykraczają dalece poza zastosowanie nowej generacji Raptorów. Właściwie, mnogość usprawnień (niektóre zmiany widać gołym okiem – patrz zdjęcia poniżej) boostera każe się zastanowić, na ile w ogóle B4 nadawał się do przeprowadzenia próby orbitalnej. Prawdopodobnie nie nadawał się, co pozwala postawić tezę, że procedura FAA niczego, tak naprawdę, nie przedłużyła w sposób znaczący.

‏‎ ‎

Równolegle do szykowania stopni 1 i 2, cały czas trwają bardzo intensywne prace nad stopniem 0, jak zwykło się w SpaceX mówić o całej infrastrukturze naziemnej, na którą składają się m.in. wieża, zbiorniki paliwa oraz innowacyjna platforma startowa.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Tzw. stół startowy jest stale usprawniany oraz kalibrowany. Przykładowo, w ostatnich tygodniach obserwować mogliśmy (a przynajmniej tak się wydaje – przy braku oficjalnych informacji, natury niektórych testów możemy się tylko domyślać) precyzyjne poziomowanie 20 potężnych klamer2, rozmieszczonych po obwodzie „stołu” i trzymających rakietę w ryzach do momentu jej uwolnienia, tj. po nominalnym zapłonie wszystkich 33 silników.

Istotne zmiany były też wprowadzane do systemów QD (Quick Disconnect), dzięki którym stopnie 1 i 2 są zasilane oraz tankowane aż do momentu startu (gdy trzeba je Szybko Odłączyć). Zdjęcie poniżej przedstawia panel przyłączy B4, na który przymocowana została „nakładka”, umożliwiająca tankowanie z pominięciem QD (paliwo i utleniacz doprowadzone do boostera bezpośrednio, tj. nie przez bardziej skomplikowane instalacje stopnia 0).

‏‎ ‎

Zlokalizowany na krawędzi platformy QD boostera zyskał być-może-finalną wersję zamykanej „skorupy”, mającej osłonić mechanizm przed ogniem Raptorów – jej przewidywane działanie obrazuje animacja:

‏‎ ‎

QD stopnia drugiego otrzymał przed dwoma miesiącami udoskonalone ramię, które zastąpiło wersję pierwszą, zamontowaną na wieży w listopadzie. Można wnioskować, iż nowa wersja ramienia jest odpowiedzią na zmiany projektowe po stronie statku – w prototypie nr 24 przyłącza QD zostały przy tym podniesione o jeden stalowy pierścień w górę, w porównaniu z S20.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Testy nowego ramienia w ruchu obejrzeć można tu.

Będąc przy widocznych z zewnątrz zmianach projektowych, wspomnieć trzeba o kluczowym dla najbliższej misji, nowym komponencie statku, a mianowicie „dyspenserze”, wymierzonym specjalnie pod satelity Starlink drugiej generacji. Szczelina na zdjęciu poniżej zastąpiła większe, uniwersalne (tzn. umożliwiające docelowo wynoszenie wielkogabarytowych ładunków) otwarcie przestrzeni cargo, do którego bardzo wstępne przymiarki dało się zauważyć w S22, ostatecznie pominiętym.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Mierzące 7 metrów po najdłuższym boku i blisko 5-krotnie cięższe od generacji pierwszej, satelity Starlink 2.0 mają znaleźć się na orbicie wyłącznie za sprawą Starshipa, co czyni ich trwającą obecnie produkcję ruchem cokolwiek brawurowym pod kątem ekonomicznym. Być może jednak, brawurę przedsięwzięcia oceniać należy z perspektywy kogoś, kto pisząc o „super-złym przeczuciu w odniesieniu do gospodarki” porywa się na 44-miliardowy, kredytowany pod zastaw akcji zakup Twittera… Przez taki pryzmat, masowa produkcja satelitów przed upewnieniem się, że da się je wynieść może okazać się normalna, by nie rzec nudna.

Bez jednoznacznej odpowiedzi pozostaje również pytanie czy Musk zamierza zaryzykować funkcjonalne satelity już w pierwszej próbie orbitalnej (a jeśli tak, ile), a może w ramach testu wyniesione zostaną ich pełnoskalowe atrapy. Opcja druga brzmi nieco zbyt asekuracyjnie jak na SpaceX, pierwsza zaś mogłaby sugerować, że zespół ma obecnie dalece większą wiarę w udany start niż to było w przypadku zestawu B4S20 (o którym Musk mówił, że samo opuszczenie wieży startowej bez eksplozji będzie sukcesem).

W istocie, zestaw B7S24 jawi się jako zdecydowanie bardziej dojrzała konstrukcja, a jej „back-up” (jedynie kosmetyczne poprawki względem B7S24) w postaci B8S25 powinien zostać ukończony w ciągu około miesiąca, najdalej dwóch.

Następna para, tj. B9S26 (również obecnie konstruowana) implementować ma większą „paczkę” modyfikacji, co wpisuje się w ewolucję designu metodą szybkich iteracji między prototypami. Jeśli wierzyć „przeciekom”, kolejną iteracją ma być zestaw B12S29 (może się to oczywiście wiązać z planowanymi przeskokami numeracji).

W celu osiągnięcia pożądanych zdolności produkcyjnych, do budynków zwanych „Mid bay” i „High bay” dołączy niedługo, będący już na ukończeniu, „Mega bay”:

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

Trwa także konstrukcja fabryki, która zastąpi używane od początku istnienia Starbase, wzniesione na szybko „namioty”:

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

Skalowanie operacji w Boca Chica idzie w parze z przyśpieszeniem, w ostatnie miesiące, prac nad stopniem 0 na Przylądku Canaveral, gdzie obecnie montowana jest kopia teksańskiej wieży (z fundamentów wyszła też platforma startowa).

‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

Wiele wskazuje, iż w nadchodzących latach SpaceX spodziewa się wyższej częstotliwości startów z Florydy niż z Teksasu, gdzie – zapewne w celu „zejścia z drogi” FAA w kwestii najbardziej kontrowersyjnych punktów rozbudowy Starbase – zrezygnowano (być może tymczasowo) z kilku przydatnych dla regularnych startów elementów infrastruktury. Pod znakiem zapytania stoi m.in. budowa drugiej wieży w Boca Chica, widniejącej na oficjalnych planach architektonicznych. Niewykluczone, że wcześniej zobaczymy dwie wieże na obszarze Centrum Kosmicznego Kennedy’ego (Musk zapowiedział już, że preferuje tę lokalizację w kontekście startów dla NASA, w ramach programu Artemis), a nawet gotowe do działania platformy oceaniczne Phobos i Deimos, o których pisałem w artykule ze stycznia 2021.

Krążą też pogłoski (bynajmniej niepotwierdzone przez żadne, oficjalne źródło), że konkretna para SuperHeavy-Starship jest już planowana pod kątem transportu z Boca Chica na Przylądek, gdzie infrastruktura startowa zostanie uruchomiona na długo przed osiągnięciem zdolności produkcyjnych na miejscu. Platforma i wieża miałyby być gotowe jeszcze w tym roku, a ocena środowiskowa nie jest w przypadku Kennedy Space Center ograniczeniem.

Można spekulować, że jeśli SpaceX borykać się będzie z dalszymi trudnościami legislacyjnymi (a władze stanowe już są pozywane o rzekomo nielegalne ustępstwa wobec firmy Muska) w Teksasie, główny ciężar „Misji Mars” przeniesiony zostanie na Florydę, a wraz z nim wiele miejsc pracy – byłby to niewątpliwie cios dla rozkwitającej w ostatnie lata ekonomii położonego 20 mil od Wybrzeży Kopernika (jak dawniej nazywano wioskę Boca Chica) Brownsville. W 2013 roku Spis Ludności Stanów Zjednoczonych wskazał nas jako najbiedniejsze miasto w kraju – mówi w wywiadzie dla National Geographic przewodnicząca Rady Miejskiej, Jessica Tetreau-Kalifa – o ironio, w tym samym roku firma SpaceX wybrała nas na lokalizację dla swoich startów. Naprawdę można było uwierzyć w przeznaczenie, że tak właśnie miało być (…). Mam nadzieję, że rozwój [Starbase] będzie kontynuowany i nie stracimy szansy na kolejne miejsca pracy ani nie będzie konieczności relokacji rodzin na Florydę (…). Gdy Elon Musk wspomniał [podczas eventu SpaceX w lutym] o ewentualności przeniesienia większości startów na Przylądek, byliśmy zaskoczeni – stało się dla nas jasne, iż będziemy musieli szybko podjąć tym cięższe starania by wykazać, że miejsce Starshipa jest tutaj, w południowym Teksasie. ‏‎ ‎

‏‎ ‎

Spodobał Ci się ten wpis? Poinformuj o tym algorytm Substacka – przewiń proszę stronę do góry i kliknij tu:

Rozważ też poinformowanie o jego istnieniu osób w swoich mediach społecznościowych – może im również się spodoba?

‏‎ ‎

Na marginesie…

Chcesz poszerzyć wiedzę na temat znaczenia sukcesu Starshipa dla eksploracji Układu Słonecznego w najbliższych dekadach?

Czy statek SpaceX rozwiązuje problem promieniowania kosmicznego? Zapoznaj się z moją analizą możliwości Starshipa w kontekście załogowych misji na Marsa:

‏‏‎ ‎‎

Przeczytaj artykuł (40 min)

‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎

Cenisz sobie wysokiej jakości treści, dostępne dla każdego bez reklam czy paywalla? Sugestia: podaj maila Substackowi – nie przegapisz moich kolejnych aktualizacji, wesprzesz rozwój platformy i otrzymasz rekomendacje ciekawych artykułów od niezależnych twórców, dziennikarzy, popularyzatorów nauki i nie tylko.

‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎

1

Przyznane SpaceX przez FAA roczne limity dla poszczególnych typów operacji:

Dla wygody mobilnego czytania, polecam również wypróbować aplikację na telefon:

Read TexasBocaChica (PL) in the Substack app

Available for iOS and Android

Get the app

‏‎ ‎

Śledząc rozwój sektora kosmicznego trudno nie zetknąć się ze specjalistyczną terminologią. Co ma na myśli Musk mówiąc, że zmiany w projekcie pozwolą osiągnąć większe ∆v? Czym jest impuls właściwy i dlaczego z powodu tego parametru Starship potrzebuje silników o małych i dużych dyszach? Jak międzyplanetarna sonda zyskuje prędkość, nie zużywając przy tym grama paliwa?

Odpowiadając na te i inne pytania, tekst ma na celu zapewnienie obserwatorom postępów prac w teksańskim Starbase, a także entuzjastom rakiet wszelakich, lepszego zrozumienia kluczowych koncepcji z zakresu inżynierii rakietowej oraz mechaniki orbitalnej.

‏‎ ‎

Masa i jej rozpędzanie

Zdrowy rozsądek podpowiada, że większa masa oznacza konieczność spalenia większej ilości paliwa, by osiągnąć dany cel czy daną prędkość – pod tym względem, analogia chociażby z samochodem wydaje się w pełni poprawna.

Załadowana ciężarówka potrzebuje potężniejszego silnika oraz więcej litrów paliwa niż motocykl, by rozpędzić się do 100 km/h. Idąc tym tokiem rozumowania szybko dojdziemy jednak do wniosku, że porównanie z pojazdami kołowymi przestaje być adekwatne: jeśli chcemy zatrzymać samochód wystarczy, że zdejmiemy nogę z gazu na odcinku prostej drogi. W przypadku statku kosmicznego, brak „nogi na gazie” nie spowoduje jego zatrzymania – przestrzeń kosmiczna nie spowalnia raz rozpędzonych obiektów.

Ten prosty fakt oznacza, że chcąc określić maksymalny zasięg statku, nie ma sensu, w przeciwieństwie do samochodu czy samolotu, posługiwać się kilometrami. Wysłana w przestrzeń sonda może bowiem przemierzyć ich nieskończenie wiele, jeśli nic jej nie zatrzyma; a wytracenie prędkości w próżni również odbywa się kosztem spalania paliwa – dokładnie taka samo, jak przy jej zwiększaniu.

W podróżach kosmicznych najważniejsze jest więc, jak duża zmiana prędkości konieczna jest do osiągnięcia celu.

‏‎ ‎

Delta-v

‏‎ ‎

W planowaniu misji, inżynierowie posługują się parametrem zwanym delta-v (w fizyce delta wyraża zmianę, v to prędkość), wyrażanym najczęściej w kilometrach lub metrach na sekundę.

Poniższa mapa przedstawia wybrane obiekty Układu Słonecznego wraz z niezbędnym do osiągnięcia kolejnych „stacji” przyśpieszeniem.  

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Należy przy tym pamiętać, iż przez przyśpieszenie w fizyce rozumiemy również spowolnienie (będące po prostu przyśpieszeniem o przeciwnym zwrocie) czy zmianę kierunku (przyśpieszenie „w bok”) – każdy taki manewr w kosmosie musi być uwzględniony w kalkulacji delta-v dla danej misji1.

Gdy mówimy, że sonda potrzebuje do zajęcia orbity wokół ciała niebieskiego danego delta-v, mamy na myśli sumę wszystkich manewrów, które musi ona wykonać.

Z kolei mówiąc o „budżecie delta-v” wskazujemy, jakie manewry sonda jest fizycznie w stanie wykonać, zanim zużyje swoje paliwo (występuje tu pewna analogia do wskaźnika rezerwy w samochodzie).

W praktyce lotów kosmicznych, delta-v jest miarą tożsamą* ze zmianą orbity – np. zajęcie wyższej, stabilnej orbity wokół Ziemi musi wiązać się ze zużyciem paliwa, a zatem redukuje dostępny dla danego statku „limit” delta-v na kolejne manewry. To, jaką delta-v dysponuje statek o określonym zapasie paliwa, determinowane jest przez stosunek ciągu do masy statku oraz efektywność jego silników.

*a właściwie tożsamą „jednostronnie”, gdyż możliwym jest skierowanie statku na inną orbitę bez „uszczuplania” budżetu delta-v (o tym za chwilę), lecz wygenerowanie ciągu zawsze oznacza zmianę prędkości, a tym samym orbity.

‏‎ ‎

Większy budżet delta-v można uzyskać na drodze:

• odrzucania stopni/pustych zbiorników paliwa (czy dowolnej innej redukcji masy – rakieta Electron firmy Rocket Lab odrzuca np. rozładowane baterie, zasilające turbiny pomp);

• poprawienia proporcji masy statku do masy paliwa;

• użycia silników o większym impulsie właściwym;

• [jeśli liczyć z uwzględnieniem startu z ciała niebieskiego] osiągnięcia prędkości orbitalnej, czyli tzw. pierwszej prędkości kosmicznej, w krótszym czasie (minimalizacja straty na skutek grawitacji, ang. gravity loss).

‏‎ ‎

Dwa pierwsze sposoby wydają się naturalne – lżejszy statek przyśpieszyć jest oczywiście łatwiej.

Metoda trzecia i czwarta wprowadzają kolejne, specjalistyczne pojęcia z dziedziny inżynierii (nie tylko rakietowej), wymagające wyjaśnienia. 

Za punkt wyjścia przyjmiemy trzecią zasadę dynamiki Newtona, czyli zasadę zrównującą siłę, towarzyszącą każdej akcji, z przeciwnie skierowaną reakcją. W jej myśl, kluczowymi parametrami dla rozpędzenia rakiety są:

1. sumaryczna masa cząstek, które wydostają się przez dyszę silnika

2. prędkość oraz kierunek cząstek opuszczających silnik.

Zmienne w postaci masy i prędkości nie powinny sprawiać nikomu problemu – logika wskazuje, że jeśli dwa silniki wyrzucają w tym samym kierunku cząstki o równej masie x, to większy ciąg wygeneruje ten silnik, który przyśpieszy cząstki do większej prędkości (akcja = reakcja).

‏‎ ‎

Impuls właściwy (ISP)

‏‎ ‎

Przez kierunek zaś rozumieć należy, by jak najwięcej molekuł, przyśpieszanych za sprawą reakcji chemicznej w silniku, opuściło jego dyszę po trajektorii równoległej do długiej osi rakiety.

Innymi słowy, dążeniem inżynierów jest, by cały gaz, opuszczający dyszę silnika, przybrał kształt prostej „kolumny” pod rakietą.

W praktyce jednak, perfekcyjna kolumna nie jest możliwa do uzyskania, ponieważ strumień gazów napotyka ośrodek o zmiennym ciśnieniu: na poziomie gruntu ciśnienie powietrza jest najwyższe, zaś wraz z pokonywaniem kolejnych warstw atmosfery zmierza w stronę zera.

W idealnych warunkach, kształt dyszy zostałby dobrany w tak, by gorący gaz miał w momencie opuszczenia sinika takie samo ciśnienie, jak otoczenie. W warunkach nie-idealnych (czyli każdych rzeczywistych), kolumna ulega albo rozszerzeniu (gdy przestaje być „trzymana w ryzach” przez dyszę, a ciśnienie otoczenia jest niższe niż u jej wylotu), albo „ściśnięciu” przez napierającą atmosferę.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Kształt dyszy projektowany jest więc tak, by zapewniał najbliższy optymalnemu przepływ gazów w całym zakresie pracy silnika. W przypadku Starshipa zwykło się mówić o Raptorach sea-level (pracujących od poziomu morza, tj. najwyższego ciśnienia atmosferycznego, do ich wyłączenia) oraz tzw. Raptorach próżniowych, charakteryzujących się znacznie większą dyszą, zoptymalizowanych do pracy w przestrzeni kosmicznej (nie miały one jeszcze okazji napędzić statku – do tej pory wszystkie testy Starshipa odbywały się w atmosferze; więcej na ten temat w moich artykułach, np. tu lub tu).

Jakkolwiek silniki sea-level mogą być z powodzeniem odpalone w próżni (nie jest wykluczone, że tak właśnie będzie lądować na Księżycu Starship w wersji HLS – uzasadnieniem tych spekulacji jest fakt, że wg obecnego projektu Raptory próżniowe nie są wyposażone w funkcję sterowania wektorem ciągu), ich efektywność będzie znacznie obniżona, ponieważ strumień gazów ulegnie dużej „dekompresji”, tj. cząstki po opuszczeniu dyszy „uciekną na boki”, przez co generowany przez nie ciąg będzie mniejszy. Co prawda, by ww. zjawisko nie wystąpiło wcale, w przypadku silnika pracującego w warunkach zerowego ciśnienia, rozmiar jego dyszy powinien zmierzać ku nieskończoności. Naturalnie, istnieją praktyczne limity, wyznaczające racjonalny rozmiar dyszy (w tym oczywisty: zysk na efektywności silnika ma sens jedynie do momentu, w którym zostaje w pełni zniwelowany przez dodatkową wagę powiększonej dyszy).

Impuls właściwy mierzy właśnie efektywność, z jaką silnik jest w stanie przekształcić dostępne mu paliwo na ciąg. Im większy impuls właściwy (ang. specific impulse), tym mniej paliwa statek potrzebuje do wykonania manewru.

Wartość ta nie informuje nas jednak o czasie jego wykonania, tj. o tym, jak długo silnik musi generować ciąg w celu uzyskania pożądanego delta-v. Może to dezorientować, zważywszy na fakt, że wartość impulsu właściwego zwykło się podawać w sekundach (nie występuje dzięki temu potrzeba konwersji jednostek – masa może być mierzona w kilogramach/funtach, odległość w metrach/stopach, jednak miarą czasu niezmiennie pozostaje sekunda; historycznie miało to spore znaczenie dla wygody współpracy między użytkownikami systemu metrycznego i imperialnego).

Jak zatem czytać efektywność silnika podawaną w sekundach?

Wyobraźmy sobie silnik zdolny do wytworzenia 100 ton ciągu – wartość ISP będzie w nim oznaczać, ile sekund może on pracować, zanim zużyje 100 ton paliwa. Jeśli taki silnik osiąga ISP równe x sekund, to silnik o ISP równym 2x sekund będzie spalać paliwo dwukrotnie wolniej, przez cały czas zapewniając ten sam ciąg.

Przeprowadźmy więc prosty eksperyment myślowy – jego przedmiotem będzie hipotetyczny silnik, wykorzystujący najbardziej efektywne, znane nauce paliwo: antymaterię. Impuls właściwy przyjmuje w nim astronomiczne wartości, rzędy wielkości powyżej najdoskonalszego silnika na paliwo chemiczne. Załóżmy, że może on generować maksymalny ciąg 100 kilogramów nieprzerwanie przez lata, co pozwala na rozpędzenie niewielkiego statku kosmicznego do prędkości relatywistycznych. Wyobraźmy sobie następnie, że instalujemy ten cud techniki, zamiast Raptorów, do Starshipa, stojącego na stanowisku startowym. Rzecz jasna, Starship nie podniesie się z platformy nawet o milimetr, choćby nasz silnik na antymaterię pracował 10 lat. Dlaczego? Ponieważ Starship waży na Ziemi więcej niż 100 kilogramów.

Zatem wartość impulsu właściwego (efektywność silnika), a także sumaryczna delta-v, jaką silnik mógłby hipotetycznie wygenerować, same w sobie nie pozwalają na wyciągnięcie wniosków na temat jego przydatności do wysłania rakiety gdziekolwiek.

‏‎ ‎

Stosunek ciągu do masy (TWR)

‏‎ ‎

Równie ważne jest bowiem, jaki ciąg silnik może wygenerować w jednostce czasu – parametr ten ma kluczowe znaczenie, zarówno dla „przełamania” grawitacyjnego wpływu danego ciała (np. startu z Ziemi) jak i dla możliwości efektywnego nawigowania w przestrzeni kosmicznej (zmiana jednej stabilnej orbity na drugą).

Musimy więc wprowadzić kolejne kryterium, a mianowicie momentalny stosunek ciągu do masy (ang. thrust-weight ratio) – mówić możemy zarówno o TWR dla konkretnego silnika jak i całego systemu2.

By rakieta mogła oderwać się od ziemi, wartość współczynnika ciągu do masy musi wynosić powyżej 1.

Oznacza to, że rakieta o masie jednej tony musi wygenerować w danej chwili więcej niż 1000 kg ciągu, by ruszyć z miejsca. Następnie, współczynnik TWR musi zostać utrzymany >1 (w praktyce znacznie powyżej, ponieważ startująca rakieta „walczy” również z tarciem atmosferycznym), aż do osiągnięcia pierwszej prędkości kosmicznej.

Jeżeli ładunek (czyli niewielki ułamek masy całego systemu orbitalnego) nie osiągnie tej prędkości w kierunku prostopadłym do działania siły ciążenia (orbita kołowa), zostanie ponownie ściągnięty na Ziemię.

‏‎ ‎

Na marginesie…

Lubisz poszerzać swoją wiedzę? Być może spodoba Ci się też mój wcześniejszy wpis, będący przystępnym wprowadzeniem do problematyki promieniowania kosmicznego oraz jego znaczenia dla powodzenia misji załogowych na Marsa.

Sugeruję też podać maila Substackowi, dzięki czemu wesprzesz rozwój platformy i otrzymasz rekomendacje ciekawych artykułów od niezależnych twórców, dziennikarzy, popularyzatorów nauki i nie tylko.

Już subskrybujesz? Rozważ udostępnienie moich artykułów na kanałach społecznościowych lub poleć ich lekturę osobie, dla której mogą one być, w Twojej ocenie, interesujące – będzie to dla mnie najlepsza forma podziękowania.

Share

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Więcej o spadaniu

‏‎ ‎

Kalkulując budżet delta-v od samego startu (alternatywą byłoby np. liczenie od uzupełnienia paliwa na orbicie – z takim założeniem projektowany jest Starship), istotne jest ile czasu rakieta potrzebuje do pokonania siły ciążenia – im dłużej uwalnia się ona od groźby ściągnięcia ponownie na Ziemię, tym więcej paliwa spalane jest nieefektywnie (pierwsze 1 g3 przyśpieszenia „marnowane” jest na zrównoważenie siły ciążenia). Jest to tzw. strata na skutek grawitacji – by była ona jak najmniejsza, należy wytworzyć potrzebny do osiągnięcia orbity ciąg w możliwie najkrótszym czasie.

Co ważne, rozpędzony do prędkości orbitalnej obiekt (np. satelita) wciąż znajduje się w stanie permanentnego spadku w kierunku Ziemi, lecz za sprawą jego ruchu równoległego względem zakrzywionej powierzchni planety, nigdy w nią „nie trafia”.

Więcej: każde ciało niebieskie i każdy obiekt, który nie posiada własnego napędu, pozostaje w przestrzeni kosmicznej w stanie swobodnego spadku. Można powiedzieć, że spadek jest w całym kosmosie stanem domyślnym – zmienia się jedynie kierunek (na co spadam) i prędkość spadania (jak bardzo przyśpiesza mnie grawitacja ciała, na które spadam). Księżyc spada na Ziemię (ale nigdy nie spadnie), planety spadają na Słońce. Sonda w drodze na Marsa spada na Słońce aż do momentu, w którym zbliża się do Marsa na tyle, by zacząć spadać na niego.

Często sama koncepcja orbitowania, np. Międzynarodowej Stacji Kosmicznej wokół Ziemi, jest rozumiana błędnie. Wiele (być może wręcz większość) „zaczepionych na ulicy” osób, gdyby poprosić je o wytłumaczenie, dlaczego astronauci nie odczuwają w kosmosie ciążenia, odpowiedziałoby, iż od pewnej wysokości ziemska grawitacja po prostu przestaje oddziaływać na obiekty w kosmosie. Tymczasem, siła grawitacji Ziemi na wysokości orbity ISS jest niemalże taka sama4, jak przy samej jej powierzchni (stacja orbituje bowiem bardzo nisko, jeśli za punkt odniesienia przyjmiemy promień planety).

Stan nieważkości na stacji kosmicznej nie różni się właściwie od tego, jakiego doświadczają pasażerowie spadającego bezwładnie samolotu – z tym tylko, że pikujący w dół samolot ostatecznie roztrzaska się o ziemię, a orbitująca stacja nie przestaje spadać, ponieważ zakrzywiająca się „w dół” powierzchnia Ziemi stale spod niej „ucieka”.

Jak łatwo sobie wyobrazić, by Ziemia uciekała (przez fakt swojej krzywizny) spod spadającego obiektu na tyle szybko, by ten nigdy nie spadł, obiekt ten musi poruszać się z bardzo dużą prędkością „poziomą” – w przypadku naszej planety jest to około 27 tys. km/h (minimalna prędkość orbitalna, czyli tzw. pierwsza prędkość kosmiczna jest charakterystyczna dla każdego ciała niebieskiego). Istotne jest zrozumienie, iż rozpędzenie statku do takiej prędkości w ziemskiej atmosferze byłoby praktycznie niemożliwe, z uwagi na tarcie o cząsteczki powietrza – stąd rakiety lecą najpierw w górę, by „uwolnić” się od spowalniającej je atmosfery jak najszybciej.

Możemy tu wrócić do delta-v i odnotować, że w warunkach braku atmosfery, przyjmuje ona tę samą wartość dla zmian orbity niezależnie od kierunku (zmiana z orbity niższej na wyższą i vice versa).

Czy jednak przyśpieszanie i zwalnianie w przestrzeni kosmicznej zawsze muszą wiązać się ze zużyciem paliwa?

‏‎ ‎

Manewrowanie bez spalania

(czyli spadanie do celu, jak mawiał słynny astronauta Buzz Astral)

Fizycy już od ponad stu lat wiedzą, że przyśpieszenie grawitacyjne (spadek w kierunku środka układu grawitacyjnego) jest nieodróżnialne od przyśpieszenia ogółem. Oznacza to, że astronauta zamknięty w statku i bez wiedzy o parametrach swojego lotu, nie byłby w stanie stwierdzić (niezależnie od tego, jakie eksperymenty przeprowadziłby na pokładzie), czy przyśpiesza ściągany siłą grawitacji czy z wykorzystaniem silnika5.

Wyobraźmy sobie, że chcielibyśmy wysłać sondę tak, aby wleciała prosto w Słońce – mogłoby się wydawać, iż nie powinno to wymagać dużej ilości paliwa: wszak centrum masy całego Układu Słonecznego znajduje się wewnątrz Słońca, więc grawitacja powinna ściągnąć naszą sondę bez problemu. Tymczasem, rozbicie się o Słońce wymaga bardzo dużej delta-v; paradoksalnie znacznie większej niż potrzebnej do wysłania sondy całkowicie poza Układ Słoneczny.

Ten pozornie dziwny fenomen przestaje takim być, gdy uświadomimy sobie konsekwencje, płynące z względności. Sonda nie rozpędza się wszak od zera, a ma pewną niebagatelną prędkość początkową – tyle tylko, że nie względem Ziemi.

Prędkością początkową sondy względem Słońca jest mniej-więcej prędkość orbitalna Ziemi – sonda musiałaby więc najpierw wyhamować (przyśpieszyć w odwrotnym kierunku do ruchu Ziemi po orbicie), tak aby jej nowa trajektoria przecięła tarczę słoneczną. Margines błędu tego manewru byłby stosunkowo niewielki, gdyż zbyt mała zmiana prędkości (wytracenie niewystarczającej części początkowej prędkości orbitalnej) skutkowałaby chybieniem celu: w pierwszej fazie lotu nasza sonda zaczęłaby przyśpieszać grawitacyjnie, spadając na Słonce, by następnie nie trafić w nie i z uzyskaną w „fazie spadania” prędkością zacząć się od niego oddalać, zwalniając (gdyż w tej fazie przyśpieszenie grawitacyjne Słońca miałoby zwrot przeciwny do lotu sondy), aż do ponownego osiągnięcia „wysokości” ziemskiej orbity, mniej-więcej po „drugiej stronie” układu. Sonda znalazłaby się więc na eliptycznej orbicie, wewnątrz dysku orbitalnego Ziemi.

Teoretycznie, możliwe byłoby takie obliczenie trajektorii sondy, by ta przeleciała „w fazie zwalniania” na tyle blisko np. Wenus, by wpływ grawitacji planety na jej lot przeważył wpływ Słońca. Taki manewr byłby tzw. asystą grawitacyjną – pozwala ona skierować statek kosmiczny na inny kurs, bez zużywania paliwa. Co więcej, jeśli planeta używana do takiej asysty posiada atmosferę, można dodatkowo wykorzystać ją do kontrolowanego wytracenia prędkości (niezależnie od tego, czy zamierzamy na danej planecie lądować). I choć rozpocząłem akapit słowem teoretycznie, opisywana sytuacja nie jest bynajmniej czystą teorią – patrz video na końcu artykułu.

Misje z reguły planowane są tak, by w jak największym stopniu wytracać prędkość dzięki atmosferycznemu tarciu u celu podróży (albo po drodze), nie przez zużywanie paliwa w przestrzeni międzyplanetarnej.

Co ciekawe, umiejętne korzystanie z asysty grawitacyjnej pozwala nie tylko na redukcję, lecz także na zwiększenie prędkości statku.

Fakt ten również ma prawo jawić się jako niemała zagwozdka, nawet dla skądinąd dobrze zorientowanych amatorów fizyki – jak to możliwe, że sonda opuszcza studnię grawitacyjną planety z większą prędkością niż była przez nią przyciągana, bez użycia silnika? Skąd dodatkowa energia?

„Dodatkowej” energii oczywiście nie ma – jeśli sonda ma przyśpieszyć, to coś musi zwolnić. Np. Jowisz czy Saturn. Zwiększenie prędkości z użyciem asysty grawitacyjnej nie byłoby wszak możliwe, gdyby ciało jej udzielające „stało w miejscu” – dlatego manewr ten rozpatrywać należy przede wszystkim w układzie sonda-Słońce. Gdy pominąć Słońce jako punkt odniesienia, sonda nie oddala się od planety szybciej. Jednak mierząc jej prędkość względem centrum Układu Słonecznego, może ona zyskać znaczną prędkość, „nurkując” niejako „za” asystującą planetą i korzystając z jej ruchu orbitalnego (a ten jest stosunkowo szybki, Jowisz np. pokonuje w sekundę około 13 km po swojej orbicie wokół Słońca; Ziemia 30 km).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Dobrym porównaniem jest deskorolkarz, który chcąc nabrać prędkości chwyta się przejeżdżającego samochodu. Co ważne, jego manewr niezauważalnie spowalnia samochód – tak samo, jak rozpędzająca się „na gapę” sonda zabiera planecie część jej pędu (przy czym „strata” po stronie planety jest dosłownie niemierzalna, zważywszy na proporcje mas).

Starannie planując misję, można skorzystać z wielu asyst grawitacyjnych – manewrowanie tą metodą (pomijając konieczność precyzyjnych korekt kursu) nie konsumuje „zapasu” delta-v, jakim dysponuje statek.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Wciąż nie do końca jasne? Nie wahaj się sformułować pytania w komentarzu. Skomentuj tym bardziej, jeśli uważasz, że moje wyjaśnienie może wprowadzać kogoś w błąd. Konstruktywna krytyka jest tu bardzo mile widziana:)

‏‎ ‎

Leave a comment

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

Jakkolwiek skrupulatne planowanie pozwala na „ekonomiczne” przemieszczanie się między dowolnymi planetami, podejście to ma zasadniczą wadę w kontekście statków z ludźmi na pokładzie (przynajmniej do czasu wynalezienia hibernacji, znanej doskonale z domeny s-f). Wybieranie „okrężnych tras” nie jest zbyt praktyczne, jeśli lot ma przez to trwać kilka lat dłużej6.

Na atrakcyjne położenie planet warto jednak czekać – dzięki zdarzającemu się raz na 176 lat układowi, sonda Voyager 2 zdołała okraść z prędkości orbitalnej wszystkie cztery gazowe olbrzymy, co pozwoliło jej zostawić w tyle Układ Słoneczny7. Nadanie Voyagerom prędkości ucieczki ze studni grawitacyjnej Słońca było ówcześnie niemożliwe wyłącznie z użyciem ciągu silników – już pierwsza asysta Voyagera 2 zapewniła mu ponad dwukrotne zwiększenie prędkości (licząc z heliocentrycznego punktu odniesienia, oczywiście).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Odnotujmy w tym miejscu, że absolutnie nic nie stoi na przeszkodzie, by jeden statek „okradał” daną planetę wielokrotnie, jak Cassini w drodze na orbitę Saturna:

‏‎ ‎

‏‎ ‎

A skoro o wielokrotnym wykorzystaniu Wenus mowa, nie sposób nie wspomnieć o sondzie Parker – by osiągnąć cel w postaci rekordowego zbliżenia się do Słońca, sonda konsekwentnie wytraca prędkość, nadaną jej początkowo przez Ziemię. Każda z siedmiu asyst grawitacyjnych Wenus „zwęża” słoneczną orbitę statku (staje się ona bardziej eliptyczna), aż do osiągnięcia trajektorii docelowej w roku 2024 (video poniżej). Pozwoli ona Parkerowi zbliżyć się do naszej gwiazdy zaledwie na 10-krotność jej promienia. Ściągana grawitacją Słońca, sonda będzie wtedy najszybszym wytworem technologii w historii, rozpędzając się do około 700 000 km na godzinę (200 km/s).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Na marginesie…

Artykuł jest uzupełnieniem mojego cyklu edukacyjnego, w którym staram się przybliżać skomplikowane zagadnienia kosmiczne możliwie nieskomplikowanym językiem.

Z reguły pracuję przy dobrej kawie, dlatego jeśli chcesz zmotywować mnie do pisania i tym samym przyczynić się do popularyzacji wysokiej jakości, pozbawionej reklam treści w Internecie, rozważ postawienie mi następnej filiżanki:

buycoffee.to/texasbocachica

‎(rejestracja w serwisie BuyCoffee nie jest wymagana)

‏‎ ‎

Z góry dziękuję:)

‏‎ ‎‏‎ ‎

PS. Fundamentalną dla mnie sprawą jest jednak, by pewna rzecz była jasna: jeśli zastanawiasz się od czasu do czasu, czy stać Cię na latte z pianką, czy może lepiej odmówić sobie wyjścia do kawiarni i zamiast tego opłacić Netflix w terminie, akapit powyżej nie jest adresowany do Ciebie – nie chciałbym wywołać poczucia, że wywierana jest na Tobie jakakolwiek presja. Moje artykuły, w których omawiam zagadnienia związane z eksploracją kosmosu są i będą dostępne bezpłatnie.

Jeżeli natomiast obce są Tobie dylematy z kategorii Netflix czy Starbucks, a chcesz docenić czas, jaki został włożony w tworzenie dostępnych tu wpisów, link wyżej pozwoli Ci na sprezentowanie mi kawy BLIKiem lub inną, preferowaną metodą.

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎

‏‎ Przypisy:

Minionej nocy czasu polskiego odbył się długo wyczekiwany event prasowy SpaceX, na którym Elon Musk zrelacjonował poczynione w ostatnie dwa lata postępy nad systemem Starship, mającym zrewolucjonizować loty kosmiczne.

Zakończona 4 godziny temu konferencja przynosi garść świeżych informacji, jednak ambitnym dążeniom do orbitalnego testu najpotężniejszej rakiety w historii towarzyszą trudności natury technologicznej i formalnej.

Jeśli zastanawiasz się czy warto poświęcić 1,5 godziny na oglądanie całego wydarzenia odpowiadam, że nie warto – z tego artykułu dowiesz się więcej, w krótszym czasie i nie będziesz narażony na kiepskie żarty Elona (przy czym trzeba oddać sprawiedliwość, że sam Elon ostrzegł przed nimi na samym początku swojego wystąpienia).

Na końcu wpisu znajdziesz też streszczenie wszystkich pytań w sesji Q&A.

‏‎ ‎

W kolejnych akapitach:

• skrót prezentacji Muska w Boca Chica,

• koniec orbitalnych planów boostera nr 4 i niejasny los statku nr 20,

• opcje SpaceX w przypadku przedłużających się formalności po stronie FAA,

• kontrakt z Pentagonem na potencjalne, nie-kosmiczne zastosowania Starshipa,

• tłumaczenie sesji Q&A po prezentacji Muska.

‏‎ ‎

Po krótkim podziękowaniu zespołowi SpaceX oraz wyrażeniu wdzięczności za wsparcie społeczności Brownsville i władz lokalnych, Musk rozpoczął swoją prezentację od przypomnienia misji firmy i dziejowej konieczności uczynienia gatunku ludzkiego międzyplanetarnym (z uwagi na zmierzające do 100%, w perspektywie kolejnych epok, ryzyko globalnej katastrofy, z ewolucją Słońca do stadium czerwonego olbrzyma włącznie, od naszego zasiedlenia innych planet zależy przetrwanie życia jako takiego). Jako cywilizacja powinniśmy widzieć się jako strażnicy życia i świadomości.

Poza tym, w życiu każdego człowieka ważna jest inspiracja i patrzenie w przyszłość z ekscytacją, że dzisiejsze science-fiction może być rzeczywistością jutra.

Tak, jak program Apollo postrzegamy jako osiągnięcie całej ludzkości, dziś również potrzebny jest ambitny, wspólny cel, a takim jest dążenie do przesuwania granic poznania i eksploracji, czego symbolem jest Mars (aczkolwiek Musk nadmienia w tym miejscu, że wciąż ogromna większość zasobów, ponad 99%, powinna być zorientowana w kierunku rozwiązania naglących problemów na Ziemi).

By zasiedlenie Marsa było kiedykolwiek wykonalne, przemysł kosmiczny potrzebuje swojego Świętego Graala: statku zdolnego do wielokrotnych, szybkich startów i lądowań. Choć wiele osób uważało taki system za niewykonalny, Musk jest przekonany, że sukces w tym zakresie leży w zasięgu SpaceX.

Po podsumowaniu dotychczasowych, imponujących osiągnięć firmy (m.in. 106 lądowań boostera F9, który jest obecnie najbardziej niezawodną rakietą świata, posiadając rekord największej liczby udanych wyniesień z rzędu), Musk na kilku wykresach zobrazował skalę przełomu, jakim ma być system Starship:

15-16 tys. ton wyniesionego na okołoziemskie orbity ładunku w historii ludzkości, miałoby niedługo być możliwe do wyniesienia w jeden rok. A w następne lata, wraz z oddawaniem do użytku kolejnych statków, wolumen ten miałby rosnąć w wykładniczym tempie, umożliwiając dostarczenie na powierzchnię Marsa miliona ton cargo. Czemu miliona? Gdyż tyle wg szacunków Muska potrzebne jest, by uniezależnić marsjańską kolonię od jakichkolwiek dostaw z Ziemi.

Musk podkreśli, że pierwszy raz od miliardów lat ewolucji życia nadarza się szansa na skolonizowanie innej planety i odpowiedzialność nakazuje rychłe działanie w tym kierunku, ponieważ okno czasowe, w którym mamy taką możliwość, może być krótkie.

Kolejna część prezentacji dotyczy specyfikacji Starshipa – potwierdzone zostały znane nam już wcześniej liczby odnośnie liczby silników w SuperHeavy (33) czy maksymalnych, planowanych możliwości orbitalnych (200 ton w wariancie statku-cysterny). Musk zaprezentował też – zgodnie z przewidywaniami – silnik Raptor 2, wspominając, iż koszt jego produkcji został zredukowany o 50%.

‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

Mówiąc o rozwoju Starbase, Musk ponownie podziękował rezydentom za wsparcie dla działalności SpaceX, co spotkało się z entuzjastycznymi owacjami zebranych. Słowa wdzięczność zostały też skierowane do NASA – Musk podkreślił, że wszyscy w SpaceX czują się zaszczyceni zaufaniem, jakim obdarzyła ich agencja, powierzając firmie m.in. powrót człowieka na Księżyc.

Przy okazji krótkiej wzmianki o nadchodzących misjach Starshipa padła sugestia, że niebawem powinniśmy spodziewać się „ekscytujących wieści” dot. projektu #DearMoon [o którym ostatnio rzeczywiście nie było wiele słychać, mimo iż przed kilkoma miesiącami sponsor misji gościł na ISS].

Wystąpienie zakończyła nowa, aspiracyjna animacja, przedstawiająca przyszły kosmodrom z dwiema platformami startowymi. W akompaniamencie wzniosłej muzyki, załogowy Starship startuje z jednej z nich, by następnie dokonać orbitalnego transferu paliwa. Na kolejnym kadrze widzimy statek wchodzący na orbitę Marsa i lądujący w sąsiedztwie wielotysięcznej, futurystycznej kolonii.

„Urzeczywistnijmy tę wizję” – zaapelował na zakończenie Musk, zapraszając do zadawania pytań.

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

Źródła bliskie SpaceX informują od kilku tygodni (na prezentacji temat nie został poruszony), że testowany na przestrzeni ostatnich miesięcy booster nr 4 (B4), wbrew początkowym zapowiedziom Muska i pomimo (próbnej) instalacji 29 silników, nie zostanie wykorzystany do pierwszej próby wyniesienia Starshipa.

Na podstawie obserwacji ostatnich wydarzeń można domniemywać, że decyzja ta podyktowana została przynajmniej jednym, a prawdopodobnie kilkoma z następujących czynników:

• testy B4 ujawniły istotne, strukturalne wady projektu, wyeliminowane już w kolejnych prototypach;

• usprawnienia wdrożone między B4 a B71 (czekającym obecnie na finalny montaż w High Bay) są tak znaczące, że dane z lotu B4 i tak nie byłyby wartościowe;

• wyposażenie B7 w bardziej niezawodne (przynajmniej w założeniu) Raptory 2 znacząco zwiększa potencjał na pełny sukces dziewiczego lotu na orbitę;

• brak licencji startowej w połączeniu z tempem powstawania kolejnych prototypów podważa sens wykonywania testu z użyciem „starego” hardware, skoro sięgnięcie po nowo-powstające statki nie jest przyczyną opóźnienia (to bowiem i tak występuje, determinowane innymi czynnikami).

‏‎ ‏‎ ‎

Swoista „ucieczka do przodu” (taktyka charakterystyczna dla Muska i od początku towarzysząca rozwojowi SpaceX – wszak wczesne plany zakładały lot na Marsa z wykorzystaniem kapsuły Dragon i rakiety Falcon Heavy, patrz misja Red Dragon) w postaci rezygnacji z „oblatywania” Raptorów w starszej wersji, czyli zastosowaniu we wszystkich nadchodzących prototypach Raptorów 2, musi wiązać się z opóźnieniem projektu względem planów z roku 2021.

Pewną zagadką pozostaje, z którym statkiem sparowany zostanie booster nr 7.

Z jednej strony, trwające (acz wznowione po dłuższej przerwie) prace montażowe nad S22 sugerują plany jego użycia, z drugiej zaś „insajderzy” SpaceX podają, że parą dla B7 jest S24.

Czyżby zatem S22 miał lecieć na B8? Może na to pośrednio wskazywać fakt, że zauważone w Starbase elementy drzwi cargo miały właśnie takie oznaczenie, aczkolwiek nie sposób też wykluczyć, że już pierwszy statek orbitalny wyposażony będzie w funkcjonalną ładownię. Innym wyjaśnieniem może być zamiar przemianowania S22 na np. S25, by zachować kolejność numeracji zgodną z chronologią startów.

Pojawia się też pytanie o los skończonego już S20 – tu możliwości są właściwie dwie, tj. przedwczesna emerytura (jaka spotkała chociażby S16) lub suborbitalny test hipersoniczny, bez boostera.

‏‎ ‎‏‎ ‎

Kiedy więc Starship może osiągnąć techniczną zdolność do wynoszenia ładunków? Zważywszy, że w pierwszej kolejności musimy zobaczyć:

• kompleksowe testy „stopnia 0”, tj. działanie kluczowych systemów infrastruktury naziemnej w połączeniu z oboma stopniami statku – przedtem stosowną certyfikację muszą otrzymać nowe zbiorniki paliwa

• kampanię odpaleń statycznych Raptorów 2 na boosterze (najwcześniej będzie to prawdopodobnie kończony obecnie B7), w tym test synchronicznej pracy wszystkich silników jednocześnie na platformie orbitalnej (gaz niezbędny do uruchomienia zewnętrznego pierścienia silników dostarczany jest przez platformę – celem obniżenia masy SuperHeavy, jedynie centralne silniki odpalane są przy zastosowaniu systemu zintegrowanego z boosterem)

• konstrukcję i testy statku wyposażonego w funkcjonalną ładownię cargo (otwierana część dziobowa), której pierwsze elementy można już zauważyć w Starbase

• i wreszcie udany lot „spisanego na straty”, pierwszego statku orbitalnego, który po okrążeniu Ziemi ma wodować w Oceanie Spokojnym.

…terminem realistycznym wydaje się I kwartał 2023 roku, przy dodatkowym założeniu, że starty będą mogły odbywać się z Boca Chica w 2022 roku.

Założenie to nie jest bynajmniej pozbawione ryzyka, ponieważ za 17 dni upływa, po ostatnim przedłużeniu, wyznaczony przez Federalną Administrację Lotnictwa termin zakończenia oceny środowiskowej działalności SpaceX w Boca Chica.

FAA może dać „zielone światło” dla orbitalnych startów i tym samym dalszego rozwoju Starbase, ponownie odroczyć wydanie decyzji (co nie byłoby dużym zaskoczeniem) lub nakazać SpaceX przedłożenie pełnego raportu wpływu na środowisko naturalne, co w praktyce oznaczałoby zablokowanie testów połączonych stopni w Teksasie (w takim przypadku SpaceX przyśpieszy prace nad platformami oceanicznymi oraz infrastrukturą na Przylądku Canaveral).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Oficjalnym powodem ostatniego odroczenia decyzji była bardzo dużo ilość komentarzy publicznych, do których FAA ma obowiązek się odnieść.

Komentujący mogli przekazywać swoje opinie korespondencyjnie lub podczas dwóch publicznych wysłuchań z użyciem platformy Zoom – głosy za oraz przeciw ekspansji SpaceX w Teksasie z obu sesji (które przesłuchałem w całości) podsumowałem zwięźle w poprzedniej aktualizacji.

Jeżeli urzędnicy amerykańskiego regulatora dopatrzą się zasadności w głosach krytyków teksańskiego kosmodromu, może to oznaczać brak startów pełnego zestawu (Starship na szczycie SuperHeavy) w tym roku.

Taka sytuacja oznaczałaby prawdopodobnie, iż pierwszy test orbitalny odbyłby się na Florydzie – niewykluczone, że równolegle zostałby w Boca Chica przeprowadzony suborbitalny, hipersoniczny test Starshipa; można sobie też wyobrazić próbne skoki samego boostera (na kilku silnikach, w ramach posiadanych już pozwoleń), w celu kalibracji mechanizmu łapiącego wieży (zebrane dane można by wykorzystać przy budowie wieży na Przylądku).

Niezależnie od procedur formalnych, przed inżynierami SpaceX wciąż leży wiele wyzwań, z którymi muszą się oni uporać. Pod największym znakiem zapytania stoi osiągnięcie wystarczającego tempa produkcji silników bez uszczerbku na ich niezawodności. Jakkolwiek Raptor 2 jest bardzo znacząco zoptymalizowany w porównaniu do swojego poprzednika, nie został jeszcze przetestowany w locie.

W swoim dzisiejszym wystąpieniu Musk dzielił się ekscytującymi wynikami nowych silników podczas „prób wysiłkowych”, które od paru miesięcy trwają w ośrodku McGregor (Teksas), gdzie SpaceX prowadzi R&D. Wg jego zapewnień, Raptory 2 są w stanie stabilnie pracować pod ciśnieniem 300 atmosfer w komorze spalania (ponad 10% więcej niż rosyjski RD-180, który był pod tym względem rekordzistą; poziom 300 atmosfer to również 10% poniżej tego, co Raptor 2 osiągał na testach), co przekłada się na ponad 230 ton ciągu (około 45 ton więcej niż Raptory pierwszej generacji).

‏‎ ‎

Na marginesie…

Daj mi znać jeśli uważasz, że powinienem poświęcić Raptorom dedykowany wpis, w którym bardziej szczegółowo zostałyby omówione aspekty inżynieryjnie silnika oraz zastosowane w drugiej generacji usprawnienia.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

To niewątpliwie imponujący postęp, lecz otwartym pozostaje kwestia możliwości produkcyjnych, pozwalających na posiadanie kilku boosterów (33 silniki w każdym) „na służbie” w tym samym czasie. Zapowiadane przez Muska tempo 1 silnika na dobę to jedno, lecz jaki procent tych silników zostanie zakwalifikowany jako zdolny do lotu?

Przypomnijmy tu listopadowy list wewnętrzny do pracowników, w którym Musk zawarł ostrzeżenie o „realnej groźbie bankructwa” SpaceX, jeżeli z końcem tego roku firma nie będzie dysponowała systemem zdolnym do regularnych wyniesień satelitów Starlink (więcej w moim artykule “Świąteczna aktualizacja z Boca Chica”).

Przez regularne rozumieć należy co najmniej kilkanaście startów Starshipa w 2023 roku – w przeciwnym razie może okazać się fizycznie niemożliwe nadążenie za narzuconym tempem produkcji satelitów (inwestycje w linie produkcyjne zostały już poczynione), wynikającym z pozwoleń o jakie wnioskowała firma, zaś wnioski te były z kolei determinowane parametrami funkcjonowania samej usługi.

Globalny internet Starlink, od którego abonamentowej sprzedaży Musk w znacznej mierze uzależnia finansowanie swoich marsjańskich aspiracji, wymaga utworzenia na orbicie tzw. mega-konstelacji, składającej się z 42 tys. satelitów (dla porównania, w zeszłym tygodniu SpaceX przekroczył „dopiero” 2 tys. wyniesionych Starlinków, przy czym start ten okazał się wyjątkowo niefortunny, po tym jak 40 z 49 satelitów zostało strąconych z orbity za sprawą burzy magnetycznej na Słońcu – o naturze tego zjawiska pisałem w pierwszej części cyklu edukacyjnego o promieniowaniu kosmicznym). Jakkolwiek Falcon 9 świetnie sprawdza się w roli woła roboczego przemysłu kosmicznego (w tym roku F9 wyniesie na orbitę około 70% globalnego tonażu), nie jest w stanie sprostać takim oczekiwaniom – operacyjny Starship jest więc konieczny do zapewnienia planowanej ekspansji systemu Starlink i tym samym uzyskania oczekiwanej rentowności przedsięwzięcia.

‎‏‎ ‎

Z innych wieści…

W styczniu SpaceX przyznany został warty 102 mln dolarów kontrakt na opracowanie Starshipa (aczkolwiek dokumentacja przetargu nie zawiera nazwy statku) w wersji transportowej Ziemia-Ziemia, możliwego do wykorzystania przez siły zbrojne USA, oficjalnie w celu szybkiego dostarczenia sprzętu w ramach misji humanitarnych, np. w rejony dotknięte klęskami żywiołowymi, w pobliżu których nie ma lotniska. Ktoś bardziej cyniczny mógłby sobie pewnie wyobrazić inny powód, dla którego Pentagon zainteresowany jest opcją dostarczania >100 ton cargo w dowolne miejsce świata w około pół godziny, lecz nie jest to dobre miejsce na takie dywagacje;)

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Sesja Q&A po konferencji – pytania do Muska od przedstawicieli mediów i lokalnej społeczności:

Ile silników będzie w Starshipie?

Obecnie jest 6, jednak planujemy 9 (3 atmosferyczne i 6 zoptymalizowanych do pracy w próżni). Statek z 9 silnikami będzie wydłużony2.

Jaki status prac na Florydzie?

Trwa konstrukcja platformy startowej na terenie kompleksu 39A oraz kolejnej linii produkcyjnej Starshipa na Przylądku. Dobrze jest dublować takie rzeczy;)

Jakiej decyzji FAA się spodziewasz, czy dysponujesz jakimiś niepublicznymi informacjami? Poza tym, kiedy lot orbitalny?

Nie mamy żadnych przecieków z wewnątrz FAA. Orbita rzeczywiście jest uzależniona od uzyskania licencji startowej, więc czekamy na pozwolenie – może w marcu?

Czy Starshipy będą latać z Teksasu na Przylądek?

Niewykluczone. Co ciekawe – istnieją szacunki sugerujące, że Starship może okazać się w przyszłości ekonomicznie uzasadnioną opcją transportu między punktami na Ziemi; efektywność takiego systemu na najdłuższych dystansach jest wyższa niż w przypadku samolotów.

Jak porównałbyś finansowanie z przetargów publicznych i od prywatnych inwestorów w branży kosmicznej?

Patrząc obiektywnie na kwestię pieniędzy, SpaceX jest najbardziej efektywnym podmiotem w branży w historii. Weźmy Starshipa, którego osiągi będą ponad dwukrotnie lepsze od Saturna V, w dodatku przy pełnej zdolności do ponownego użycia, a opracowanie tego systemu będzie nas kosztowało między 5 a 10% budżetu R&D Saturna V3. Co prawda Starship nie jest jeszcze skończony, ale będzie – planujemy osiągnąć orbitę do końca tego roku. Biorąc pod uwagę wciąż optymalizowaną produkcję Raptora 2, zamierzamy niedługo wyposażać w silniki 1 booster SuperHeavy każdego miesiąca – to poziom efektywności o rzędy wielkości wyprzedzający publiczne podmioty.

Co w przypadku nałożenia na SpaceX wymogu wykonania pełnego raportu środowiskowego przed uzyskaniem licencji startowej? Dwa: jaki będzie koszt wyniesień Starshipa dla kontrahentów?

Nie sądzę, by tak się wydarzyło, gdyż fakt jest taki, że wpływ naszych działań na środowisko naturalne nie jest tak duży. Natomiast opóźnień w procedurach administracyjnych należy się spodziewać. Dlatego rozwijamy równolegle infrastrukturę na Przylądku, która może zastąpić Starbase – jeśli starty orbitalne z Teksasu okażą się formalnie niemożliwe, przyśpieszymy prace w kompleksie 39A (gdzie stosowne pozwolenia otrzymaliśmy już lata temu). Może być on gotowy w ciągu 6-8 miesięcy.

W kwestii kosztów, będą one coraz mniejsze z upływem czasu, wraz z rosnącą skalą – marginalny koszt spadnie poniżej 10 mln za start. Im więcej startów, tym niższy koszt całkowity (koszty stałe są dość wysokie). Mam jednak duże przekonanie co do słuszności naszych założeń projektowych.

Kiedy planujesz tankowanie orbitalne i pierwsze misje komercyjne?

Tankowanie – prawdopodobnie pod koniec 2023 roku.

Prowadzimy rozmowy z wieloma komercyjnymi podmiotami4.

Trzeba sobie uświadomić, że Starship reprezentuje trudny do wyobrażenia przełom w możliwościach dostępowych do orbity. Historycznie mamy do czynienia z sytuacją analogiczną do początków awiacji – bardzo niewiele osób potrafiło sobie wtedy wyobrazić globalny przemysł tanich lotów, dostępnych praktycznie dla każdego. Pamiętajmy, że większość ludzi przemieszczało się konno podczas pierwszego lotu braci Wright, dla nich skala zmian była ogromna. Od egzotycznej maszyny zdolnej przelecieć kilka metrów do dziesiątek tysięcy połączeń lotniczych. Przyszłe zastosowania dla Starshipa będą podobnie niezliczone.

Co dalej ze Starbase w przypadku braku pozwolenia, zwijacie się?

Nie, Teksas pozostanie dogodnym miejscem dla zaawansowanego R&D, tu chcielibyśmy testować nowe wersje silników, etc. Prawdopodobnie jednak większość startów będzie długofalowo z Florydy oraz z platform oceanicznych. [Phobos i Deimos]

Raptor 2 jest kluczowy dla przyszłości projektu Starship – jakie usprawnienia zostały w nim zaimplementowane i jakie są dalsze plany rozwoju silnika?

Raptor 2 jest niemal całkowicie przeprojektowany względem pierwszej generacji, komora spalania, dysze, turbopompy, awionika – wszystko zostało usprawnione. Znacząco zredukowaliśmy poziom złożoności, dzięki czemu silnik jest bardziej solidny. Zoptymalizowaliśmy proces produkcyjny i system sterowania. Następnym celem jest pozbycie się osłon (redukcja masy) poprzez uczynienie silnika „ognioodpornym". Postęp w zastosowanych materiałach i lepsza technologia produkcji pozwoliły obniżyć straty ciśnienia przed główną komorą.

Czy Starship docelowo zostanie wyposażony w opcje ewakuacji? Czy pracujecie już nad systemami podtrzymywania życia w wariancie załogowym?

Brak dedykowanego systemu ewakuacyjnego, niewykluczone osiągnięcie możliwości startu bezpośrednio z boostera całego statku w sytuacji awaryjnej (w tym celu statek nie byłby tankowany do pełna dla uzyskania lepszego stosunku wagi do ciągu).

System podtrzymywania życia dla krótkich lotów załogowych (np. na Księżyc) może zostać przeskalowany z Dragona. W przypadku Marsa potrzeba zupełnie nowego, bardziej zaawansowanego systemu. Nie jest to jednak priorytet firmy na ten moment – na opracowanie systemów pod kątem lotów międzyplanetarnych przyjdzie czas.

Czy jeśli FAA wyda licencję w marcu, będziecie gotowi „sprzętowo” do próby orbitalnej?

Jesteśmy blisko pełnej gotowości – chcielibyśmy, by nasza gotowość zbiegła się z otrzymaniem licencji.

Jaki status platform oceanicznych?

W ostatnie miesiące skupialiśmy się na rozwoju infrastruktury naziemnej, ale do końca roku chcielibyśmy wyposażyć jedną z platform w wieżę; kolejna wieża powstanie na Przylądku.

W imieniu lokalnej młodzieży chciałbym zapytać czy możesz pojawić się na uroczystościach/paradzie w Brownsville?

Brzmi jak dobra zabawa, będę. [odp. udzielona po doprecyzowaniu daty]

Czy problemy z tempem produkcji Raptora 2 zostały już rozwiązane?

Osobiście nadzoruję produkcję Raptora 2 – nad tym głównie pracuję obecnie, obok rozwiązania autonomicznej jazdy w Tesli.

Na ten moment, naszym największym wyzwaniem jest to, by silnik nie topił się od środka – to wybitnie ciężka sprawa, zważywszy, że generuje on gigawat energii cieplnej, co jest porównywalne z reaktorem atomowym.

Potrzebujemy ogromnych ilości kriogenicznego chłodziwa i naprawdę zaawansowanych materiałów, by komora spalania się nie stopiła. Jesteśmy jednak coraz bliżej opracowania skutecznych środków zaradczych.

Od maraca linię powinien opuszczać średnio 1 silnik dziennie.

Jak pogodzicie własne R&D i napięty harmonogram testów z oczekiwaniami NASA co do dostarczenia Starshipa w wersji lądownika księżycowego (HLS)?

Nie sądzę, by występował tu konflikt – będziemy produkować silniki i inne komponenty masowo, dodanie dedykowanych HLS modyfikacji nie powinno niczego zakłócić.

Ile startów będzie niezbędnych do wykonania orbitalnego tankowania i jak szybko misje statków-cystern mają następować po sobie?

Częstotliwość musi być wysoka, by zminimalizować straty na parowaniu, prawdopodobnie cysterny startować będą co kilka godzin.

Na jakim etapie jest projekt wnętrz załogowych Starshipa, podobno już od dawna pracują nad tym projektanci oddelegowani z Tesli?

Nie jest to nasz priorytet, skupiamy się obecnie na odzyskaniu boostera i statku z orbity. Głębokość ziemskiej studni grawitacyjnej i gęstość atmosfery czyni to zadanie bardzo trudnym, wymaga to naszej pełnej uwagi.

Jako Teksańczyk jestem podekscytowany postępem, jakiego dokonujecie w Boca Chica, czy możesz powiedzieć coś więcej, jaka jest przewaga naszego stanu nad innymi miejscami w kraju?

Otrzymujemy wiele wsparcia od społeczności. Nawarstwiające się regulacje to cecha zorganizowanych społeczeństw, ale bywają one problemem w wielu miejscach – w Teksasie nie ma ich za dużo.

[brawa]

‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

Na marginesie…

By zdać rzetelną relację z bieżących wydarzeń w Boca Chica, zapoznałem się z wieloma anglojęzycznymi źródłami, w tym z rządowymi publikacjami, które w „wersji surowej” potrafią być dość nudne;) – w ich analizie pomaga dobra kawa, dlatego jeśli chcesz zmotywować mnie do czytania i tym samym przyczynić się do powstawania wysokiej jakości treści, rozważ postawienie mi następnej filiżanki:

buycoffee.to/texasbocachica

‏‎ ‎

Z góry dziękuję:)

‏‎ ‎

PS. Fundamentalną dla mnie sprawą jest jednak, by pewna rzecz była jasna: jeśli zastanawiasz się od czasu do czasu, czy stać Cię na latte z pianką, czy może lepiej odmówić sobie wyjścia do kawiarni i zamiast tego opłacić Netflix w terminie, akapit powyżej nie jest adresowany do Ciebie – nie chciałbym wywołać poczucia, że wywierana jest na Tobie jakakolwiek presja. Moje artykuły, w których omawiam zagadnienia związane z eksploracją kosmosu są i będą dostępne bezpłatnie.

Jeżeli natomiast obce są Tobie dylematy z kategorii Netflix czy Starbucks, a chcesz docenić czas, jaki został włożony w tworzenie dostępnych tu wpisów, link wyżej pozwoli Ci na sprezentowanie mi kawy BLIKiem lub w inny, preferowany sposób.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

2

Mówiąc o wydłużeniu Starshipa z 9 silnikami, Musk ma na myśli umieszczenie w nim większych zbiorników paliwa i LOX, bez uszczerbku dla rozmiarów przestrzeni ładunkowej. Prawdopodobnie należy się spodziewać około 8 dodatkowych metrów:

Uwaga: by lepiej zrozumieć praktyczny sens dodawania silników i zwiększania zbiorników, należałoby zdefiniować tu takie pojęcia jak impuls właściwy (ISP), strata na skutek grawitacji czy stosunek ciągu do wagi (TWR) – te i inne terminy z zakresu mechaniki orbitalnej zamierzam przybliżyć, maksymalnie prostym językiem, w osobnym artykule. Jeśli ciekawią Cię te kwestie, dodaj swój e-mail do listy subskrypcji.

Wstęp

‏‎ ‎

Każdy entuzjasta naukowej fantastyki przyzna, że powyższy dialog brzmi lepiej, niż gdyby fraza pani kapitan brzmiała „opuścić stanowiska, chowamy się do łazienek” (czemu akurat do łazienek wyjaśniam w cz. II). A co za tym idzie, jeśli prospekt relokacji do marsjańskiej bazy ma być kiedyś atrakcyjny dla szerokiego grona wysokiej klasy specjalistów (wśród których, naturalnie, występuje nadreprezentacja geeków), to – jak wskazują wszystkie poważne badania* – statki przyszłości powinny być możliwie wierną reprezentacją wyobrażeń miłośników Star Treka o podróżach międzyplanetarnych. Tarcze w formie „pola siłowego” są natomiast charakterystycznym atrybutem wszelkich, futurystycznych pojazdów kosmicznych.

*nie ma takich badań

‏‎ ‎

Czy jednak takie koncepcje mają praktyczny sens w kontekście ochrony pasażerów przed promieniowaniem? Na tak postawione pytanie można odpowiedzieć wymijająco, formułując niekontrowersyjny wniosek, że tarcze aktywne na pewno nie są niezbędne.

Początkowo, załogowe statki międzyplanetarne wyposażone będą jedynie w „prymitywne” schrony (przy czym prymitywne nie musi oznaczać niekomfortowe, co zostało uargumentowane oraz obszernie zilustrowane we wcześniejszym wpisie), osłaniające astronautów przed potencjalnie groźnymi cząstkami – w przypadku np. misji na Marsa jest to w pełni wystarczające remedium na problem promieniowania.

W dłuższej perspektywie jednak – choć ta może się teoretycznie skrócić do np. 30-40 lat, biorąc pod uwagę potencjał rozwoju sektora New Space – tj. gdy ludzkość zacznie zapuszczać się na coraz dłuższe wojaże, bardziej pożądanym rozwiązaniem mogą się okazać systemy, zapewniające stałą ochronę nie tylko wszystkich pokładów statku, a nawet jego bezpośredniego otoczenia (np. instrumenty badawcze rozmieszczone na zewnątrz, wszak precyzyjna elektronika podatna jest na „choroby popromienne” podobnie jak organizmy żywe). Tym bardziej, że poza podróżami od punktu A do B, można sobie wyobrazić orbitalne stacje-bazy, w których mieszkańcy będą spędzać długie lata (a pamiętajmy, że ewentualne reperkusje zdrowotne promieniowania jonizującego oddalone są w czasie).

Otoczenie całej konstrukcji warstwą pasywnego ekranowania to jedna z dróg, a nie sposób też wykluczyć opracowania z czasem bardzo efektywnych w tej roli materiałów. Teoretycznie, statek/stacja nie musi też mieć okien – technologia już dziś pozwala na zastąpienie ich ekranami, przekazującymi obraz z rozmieszczonych na zewnątrz kamer. Takie rozwiązanie jest obecnie poważnie rozważane nawet przez producentów samolotów, gdyż pozwala uprościć produkcję kadłuba oraz zredukować jego wagę (oba te kryteria mają też kluczowe znaczenie dla zapowiadanej przez SpaceX, masowej produkcji Starshipa). Nie ulega wątpliwości, że potencjał do usprawnień w kategorii ekranowania pasywnego jest duży i występować będzie jeszcze przez wiele lat.

Niestety, w samym założeniu taki rodzaj ochrony daleki jest od idealnego. Pod wpływem ciągłego „bombardowania” wysokoenergetycznymi cząstkami, właściwości ekranujące dowolnego materiału degenerują się z czasem. Problem staje się tym istotniejszy, im dłużej statek pozostaje w przestrzeni międzyplanetarnej. W przyszłości zaś należy się spodziewać statków, które po opuszczeniu „stoczni” nie lądują nigdy – dalej przybliżam fizyczne podstawy technologii, jakie mogą na tego typu jednostkach stanowić komplementarne uzupełnienie pasywnego ekranowania.

Wpis stanowi kontynuację cyklu, w którym wyjaśniam naturę zjawiska promieniowania kosmicznego oraz przybliżam związane z nim ryzyka dla lotów załogowych poza pole magnetyczne Ziemi. Dla pełniejszego zrozumienia omawianych dalej kwestii, rekomenduję przeczytać najpierw poprzednie części.

Wyróżnić możemy trzy, główne rodzaje ekranowania aktywnego: elektrostatyczne, elektromagnetyczne (w przypadku którego należy dodatkowo wyróżnić pola ograniczone i nieograniczone/otwarte) oraz, najbliższe wyobrażeniom rodem z s-f za sprawą wizualnego podobieństwa do pól siłowych, plazmowe (wymagające najbardziej zaawansowanej technologii, leżącej jednak w naszym zasięgu, zakładając finansowanie).

Te da się następnie dzielić na podkategorie i roztrząsać niuanse techniczne, lecz celem moich artykułów jest „zredukowanie” skomplikowanych zagadnień naukowych do możliwie najbardziej przystępnej, zrozumiałej dla laika i jednocześnie ciekawej formy, co jednak stanowić będzie coraz większe wyzwanie, gdy weźmiemy na tapet „dekonstrukcję” futurystycznych tarcz antyradiacyjnych. Dlatego część detali zostanie z premedytacją pominięta, zaś istnienie pewnych problemów jedynie zasygnalizuję, gdyby czytelnik życzył sobie zgłębić je na własną rękę (subskrybentom służę literaturą uzupełniającą).

Ta część poświęcona jest wyłącznie tarczom elektrostatycznym – przygotujemy w ten sposób grunt pod porównanie ich zalet i wad ze „sztucznymi” polami magnetycznymi oraz systemami opartymi na uwięzionej przez nie plazmie (część czwarta niniejszego cyklu).

‏‎ ‎

Tarcza elektrostatyczna

Pomysł wydaje się banalny: umieszczone na statku generatory utrzymują wokół statku ładunek elektryczny, który odpycha naładowane cząstki promieniowania kosmicznego. Metoda działa więc dokładnie odwrotnie, niż ten kot:

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Gdyby Filemon1 na zdjęciu był statkiem kosmicznym, mógłby po prostu zmienić swój ładunek elektryczny i przemierzać bezkresne przestrzenie styropianowych kulek zupełnie bez szwanku. A gdyby ładunek był odpowiednio silny, te wręcz usuwałyby się mu z drogi.

Analogicznie, jeśli zamierzeniem inżynierów byłoby np. osłonić astronautów przed cząstkami GCR (promieniowanie docierające do nas spoza Układu Słonecznego – by dowiedzieć się więcej, przeczytaj poprzednie części mojego cyklu o promieniowaniu kosmicznym) o energiach do 500 milionów elektronowoltów (MeV), wystarczyłoby wygenerować ładunek o potencjale 500 megawoltów. Dodatkowo, cząstki o energiach wyższych zostałyby spowolnione przed uderzeniem w statek. W teorii brzmi więc bardzo dobrze i nawet trochę zbyt łatwo.

Właściwie, brzmi łatwo nie tylko w teorii, ponieważ mechanizm został z sukcesem (nawet większym, niż się spodziewano) przetestowany już pół wieku temu na radzieckim satelicie Kosmos 605:

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Ale, jak łatwo się domyśleć, istnieje haczyk – na GCR składają się (w około 99%) protony i jądra atomowe (głównie helu), czyli cząstki o ładunku dodatnim. Tymczasem wiatr słoneczny obfituje też w elektrony – jakkolwiek mniej energetyczne, jest ich znacznie więcej niż protonów GCR.

Otoczenie statku silnym polem dodatnim spowodowałoby, że odpychający „efekt odwróconego kota” sprawdziłby się świetnie jako tarcza przed cząstkami GCR, lecz jednocześnie ujemnie naładowane elektrony byłyby przyciągane i dodatkowo przyśpieszane w naszym polu 500 MV, aż do nieuchronnego zderzenia z kadłubem.

Co prawda, uderzający w kadłub statku elektron, w przeciwieństwie do ciężkich jąder atomowych, nie jest w stanie przebić nawet cienkiego poszycia (brak mu siły penetrującej), lecz w przyrodzie nic nie ginie – energia elektronu musi być zachowana, stąd jego nagłe zatrzymanie skutkuje emisją fotonu. Pod ciągłym bombardowaniem, kadłub szybko więc zacząłby promieniować w zakresie rentgenowskim, czego praktycznym efektem byłoby „ugotowanie” załogi. Czyli znacznie gorzej, niż jakby pola „ochronnego” nie było wcale… Naturalnie, ktoś mógłby powiedzieć, że emitujący promienie X kadłub to jeszcze nie tragedia, ponieważ można je stosunkowo łatwo zablokować. Nie po to jednak wyposażyliśmy właśnie statek w futurystyczną tarczę aktywną, by wykreować konieczność równoległego, wielotonowego ekranowania przed promieniowaniem rentgenowskim. Tym bardziej, że przed uruchomieniem tarczy elektrony słonecznego pochodzenia nie stanowiły żadnego zagrożenia.

Podsumujmy zatem istotę problemu: skuteczna tarcza elektrostatyczna to taka, która nie przyciąga (nadając im przy tym wyższych energii) elektronów z całej okolicy wokół statku i jednocześnie odpycha, nieobojętne dla zdrowia astronautów, dodatnie jony promieniowania kosmicznego. Czy da się zatem jednocześnie odpychać od statku cząstki o ładunkach plus i minus?

Otóż da się, choć tu sprawa się nieco komplikuje. W celu odpychania cząstek o przeciwnych ładunkach, pole musi mieć strukturę „warstwową”, wielobiegunową – zadaniem zewnętrznej „warstwy” jest wyczyszczenie bezpośredniego sąsiedztwa statku, otaczając go swoistą „bańką” bez elektronów, by rozmieszczone bliżej statku bieguny dodatnie mogły następnie uporać się z protonami.

‏‎ ‎

Budowa

‏‎ ‎

Najprostszą konfiguracją, która spełnia powyższe wymagania jest tzw. kwadrupol liniowy.

‏‎ ‎

Mógłby on zostać tak „dostrojony”, by filtrować większość cząstek promieniowania kosmicznego na trajektoriach kolizyjnych.

Jest to możliwe z uwagi na fortunną, pod tym względem, cechę promieniowania kosmicznego, a mianowicie energetyczną asymetrię między elektronami (niskie energie) i dodatnio naładowanymi cząstkami GCR (bardzo wysokie energie).

Obserwowany z oddali, statek generuje pole o właściwościach monopolu ujemnego – cały układ jest też lekko „na minusie”. Nie dopuszcza ono elektronów w pobliże umieszczonego w centrum bieguna dodatniego (podkreślmy, że pole przyśpiesza jednocześnie cząstki GCR, jednak tylko minimalnie, tj. nie stanowi to istotnej różnicy dla ich energii, ponieważ ta jest już duża „na wejściu”).

‏‎ ‎

W zbliżeniu widać jednak, że skoncentrowane pole dodatnie odchyla wszystkie protony poniżej danego poziomu energetycznego. Jak wiemy z poprzednich wpisów, próby zatrzymania czy odchylenia wszystkich cząstek GCR są nierealistyczne – jest to prawdą tak dla ekranowania pasywnego, jak aktywnego. Przypomnijmy, że z najbardziej energetycznymi protonami nie radzi sobie nawet pole magnetyczne Słońca, później Ziemi, a na końcu i cała atmosfera (żeby przyjąć dawkę promieniowania z centrum Drogi Mlecznej, wystarczy wybrać się na spacer, najlepiej po górach), więc niektóre z nich przelecą przez elektrostatyczną tarczę jakby jej nie było. Nie zmienia to jednak faktu, że „odcięcie” 80% protonów przekłada się na mniej-więcej 5-krotną redukcję przyjmowanych przez załogę dawek promieniowania.

Inne koncepcje struktury wielobiegunowej zakładają otoczenie statku naładowanymi sferami (te mogłyby być dosłownie nadmuchiwane) – im wyższa różnica potencjałów, tym większa odległość konieczna jest do utrzymania ich relatywnych pozycji.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Rysunek niżej przedstawia jedną z potencjalnie możliwych konfiguracji – centralny obszar o średnicy 40 metrów chroniony jest przez 12 sfer, o ładunkach +300 MV i -300 MV. Całkowita średnica układu wynosi 320 metrów2.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Co ważne jednak, cząstki o energiach przewyższających wartość pola, zostaną przez nie spowolnione, czyniąc zastosowane na statku ekranowanie pasywne (jak omawiany szczegółowo w drugiej części cyklu o promieniowaniu płaszcz wodny) bardziej skutecznym.

Przykładowo, dla zobrazowanej wyżej konfiguracji (300 MV), cząstka o początkowej energii kinetycznej 6 GeV uderzyłaby w statek z energia 5,7 GeV (5% różnicy – rzecz jasna, procentowy poziom redukcji jest tym większy, im mniejsza różnica między ładunkiem pola a energią cząstki penetrującej). Pod tym względem, tarcza elektrostatyczna może jawić się jako przyszłościowe rozwiązanie uzupełniające w dużych jednostkach. Systemów aktywnych nie powinniśmy bowiem rozpatrywać jako alternatywy zastępującej ekranowanie pasywne, lecz jako pierwszą linię obrony, która „odciąża” poszycie statku.

‏‎ ‎‏‎ ‎

Na marginesie…

Czytając o ogromnych statkach, wyposażonych w generatory pól elektrostatycznych czy elektromagnetycznych, wyobrażać trzeba sobie konstrukcje montowane na orbicie i niezdolne do ponownego wejścia w atmosferę. Takie jeszcze-hipotetyczne, nigdy-nie-lądujące statki zwane są cyklerami (ang. cycler, choć brak ogólnie przyjętego, polskiego odpowiednika terminu).

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

Poruszają się one po stabilnej orbicie, „zahaczając” cyklicznie o dwa wybrane ciała niebieskie (np. Ziemia-Mars) i pozostając w ich sąsiedztwie jedynie na krótki czas przelotu, który umożliwia „przesiadkę” na mniejsze jednostki, kursujące na linii planeta-cykler.

Główną zaletą koncepcji jest praktyczny brak ograniczeń co do masy i rozmiarów statku – o cyklerach można więc myśleć jako kosmicznych odpowiednikach luksusowych transatlantyków, w permanentnym rejsie międzyplanetarnym.

Idei cyklerów oraz ich mechanice orbitalnej poświęcony zostanie osobny wpis. Dodaj swój e-mail do listy subskrybcji, jeśli nie chcesz go przegapić.

Subscribe now

‏‎ ‎‏‎ ‎

Uważasz moje artykuły za wartościowe? Powiadom innych o ich istnieniu:)

Share

‏‎ ‎

Wyzwania

‏‎ ‎

Od strony technologicznej, wyzwania to m.in. maksymalne, możliwe do osiągnięcia napięcie dla danej wielkości układu oraz zadbanie, by promieniowanie UV ze Słońca nie rozładowywało zewnętrznej „warstwy” tarczy, poprzez „wybijanie” z niej elektronów. Dodatkową komplikacją w systemach złożonych z oddzielnych sfer jest aspekt ich wzajemnego pozycjonowania – logicznym rozwiązaniem wydają się elektryczne silniki jonowe (z ich pomocą ustawiają się na docelowych orbitach m.in. satelity Starlink), lecz tu pojawia się pewien szkopuł: zasada działania takich silników opiera się na znacznie mniejszej różnicy potencjałów niż występowałaby w obrębie tarczy (kilowolty vs megawolty). Oznacza to, że aktywna tarcza niwelowałaby wytwarzany przez silniki ciąg. Zdecydowanie nie jest to jednak problem bez wyjścia – w ostateczności, można po prostu wyłączać tarczę na czas dokonywania korekt w umiejscowieniu jej komponentów składowych czy manewrów statku.

Natomiast ewidentnym mankamentem jest w tym przypadku to, iż elektrostatyczna tarcza nie pełni żadnej, komplementarnej do ochrony przed promieniowaniem funkcji. Tak, jak przewaga H2O nad innymi formami ekranowania pasywnego wynika z faktu, że woda na statku i tak być musi (ochrona przed promieniowaniem jest więc w praktyce niemalże „bezwagowa”), systemy aktywne – ważące bardzo dużo – powinny, optymalnie, być możliwe do wykorzystania nie tylko jako tarcze. W przeciwnym wypadku nasuwa się naturalne pytanie, czy zwiększanie masy statku o wagę całej instalacji ma w ogóle sens – zwłaszcza, że masę tę można wykorzystać chociażby do zwiększenia grubości bardziej „przyziemnych” rodzajów osłon, np. zabierając dodatkowe zapasy wody.

Istnieją również pewne (niepotwierdzone) wątpliwości, dotyczące długofalowego pozostawania człowieka pod wpływem silnego pola elektrostatycznego. Jakkolwiek zagadnienie wymaga dalszych badań, prawdopodobnie, w ramach profilaktyki, statek musiałby zostać wyposażony w coś na kształt „kosmicznej klatki Faradaya”.

Dla formalności można też wspomnieć, iż na cząstki neutralne elektrycznie, opisany system nie działa wcale (stąd ekranowanie pasywne nie zostaje zastąpione).

‏‎ ‎

Konkluzje

‏‎ ‎

Idealne jest jednak wrogiem dobrego, a ochrona przed mniej energetycznym promieniowaniem (wiatr słoneczny) również jest wskazana – zwłaszcza w miejscach, w których ludzie mieliby przebywać w sposób ciągły. Wykorzystanie właściwości pola elektrostatycznego jest więc rozważane w koncepcjach baz księżycowych, gdzie rozmiary instalacji oraz stałe źródło prądu nie stanowią dużego problemu. Niskie różnice potencjałów (zorientowane bardziej na ochronę przed wpływem Słońca niż promieniowania galaktycznego) pozwalają rozmieścić sfery blisko siebie3, zaś w przypadku stacjonarnej bazy możliwa jest też modułowa rozbudowa systemu.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Odnotujmy, że skuteczna ochrona bazy lunarnej przed SPE ma większe znaczenie niż habitatów na Marsie, z uwagi na brak atmosfery. Księżyc oferuje przy tym mniej opcji wykorzystania rzeźby terenu. Oczywiście, w najbliższej przyszłości (Artemis Accords) żadna forma ekranowania aktywnego nie jest przewidywana, aczkolwiek wraz z rozwojem systemu Starship, NASA może niebawem zyskać zupełnie nowe możliwości planowania, nieograniczonego niewielkim tonażem pierwotnej specyfikacji lądownika (o wygraniu przez SpaceX kontraktu Human Landing System pisałem wcześniej tu).

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎

Starship w „wersji księżycowej” pozwoli dostarczyć każdorazowo około stu ton sprzętu, co powinno pozwolić – jeśli taka byłaby wola NASA – na przeprowadzenie eksperymentów z naładowanymi sferami w małej skali. Przy czym zastrzec trzeba, iż są to czyste spekulacje – brak obecnie sygnałów, wg których NASA rozważałaby zastosowanie tarcz elektrostatycznych na Księżycu. Można jednak argumentować, że jakichkolwiek planów trudno się na tym etapie spodziewać, ponieważ potencjał Starshipa „objawił się” agencji dopiero niedawno (w pierwotnej specyfikacji lądownika, opracowanej na potrzeby konkursu HLS, wymagane kryterium zabieranego na powierzchnię Księżyca cargo było kilkanaście razy mniejsze niż zaproponowała firma Muska). Prawdopodobnie skala programu Artemis jest obecnie pod tym kątem rewidowana.

W amerykańskim środowisku naukowym coraz częściej można się też spotkać z analizami wpływu nowego systemu nośnego SpaceX na szereg innych projektów badawczych i nie tylko – temu jednak zostanie poświęcony oddzielny wpis.

‏‎ ‎

Na marginesie…

Pisząc ten oraz poprzednie artykuły, zapoznałem się z ponad setką opracowań naukowych na temat promieniowania kosmicznego, by następnie przełożyć zawarte w nich informacje na możliwie przystępny, ciekawy język – z reguły czytam przy dobrej kawie, dlatego jeśli chcesz zmotywować mnie do czytania i tym samym przyczynić się do powstawania wysokiej jakości treści, rozważ postawienie mi następnej filiżanki:

buycoffee.to/texasbocachica

‏‎ ‎

Z góry dziękuję:)

‏‎ ‎

PS. Fundamentalną dla mnie sprawą jest jednak, by pewna rzecz była jasna: jeśli zastanawiasz się od czasu do czasu, czy stać Cię na latte z pianką, czy może lepiej odmówić sobie wyjścia do kawiarni i zamiast tego opłacić Netflix w terminie, akapit powyżej nie jest adresowany do Ciebie – nie chciałbym wywołać poczucia, że wywierana jest na Tobie jakakolwiek presja. Moje artykuły, w których omawiam zagadnienia związane z eksploracją kosmosu są i będą dostępne bezpłatnie.

Jeżeli natomiast obce są Tobie dylematy z kategorii Netflix czy Starbucks, a chcesz docenić czas, jaki został włożony w tworzenie dostępnych tu wpisów, link wyżej pozwoli Ci na sprezentowanie mi kawy BLIKiem lub w inny, preferowany sposób.

‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ Przypisy:

[Aktualizacja z dn. 13.02.2022 – FAA wydłużyła termin do 28.03.2022.]

Decyzję tę niekoniecznie trzeba interpretować negatywnie – nowy termin jest na pewno bardziej pożądanym scenariuszem niż nałożenie na SpaceX wymogu dostarczenia pełnego raportu dot. wpływu planowanej działalności firmy na środowisko naturalne (to mogłoby nawet trwać latami).

Zmiana po stronie FAA na pewno nie wpłynie na tempo prac nad infrastrukturą naziemną, która wciąż wymaga licznych testów. Przed nami również cała kampania testowa SuperHeavy – pierwszego (zapewne z kilku) testu static fire możemy prawdopodobnie spodziewać się „na dniach”.

Więcej informacji o statusie projektu Starbase w mojej poprzedniej publikacji, w której podsumowuję również komentarze publiczne, jakie do Federalnej Agencji Lotnictwa wpływały od zainteresowanych kontynuacją (lub jej brakiem) prac nad Starshipem – FAA jako powód przesunięcia terminu decyzji podaje właśnie mnogość opinii, jakie zobowiązana jest wziąć pod uwagę.

PS. Dziękuję, że subskrybujesz:)

Polecam też uwadze swój poprzedni artykuł (lektura na około godzinę + wiele autorskich ilustracji, w tym animacje 3D) w ramach 5-częściowego cyklu o promieniowaniu kosmicznym, w którym uzasadniam m.in. znaczenie systemu Starship dla całego przemysłu kosmicznego.

Ostatnie pół roku w Teksasie upłynęło pod znakiem intensywnego rozwijania przez SpaceX infrastruktury naziemnej. Równolegle do całodobowej pracy ekip konstrukcyjnych, dział prawno-administracyjny firmy walczy z przeciwnościami legislacyjnymi, dążąc do uzyskania od Federalnej Administracji Lotnictwa licencji na próbny, orbitalny lot Starshipa (formalności w tym zakresie mają szansę zakończyć się jeszcze w tym roku).

AKTUALIZACJA: formalności po stronie FAA mogły, ale nie zakończyły się z końcem roku (termin przesunięto na 28.02.2022) - więcej w moim wpisie z dnia 28.12.

‏‎ ‎‏‎ ‎

W kolejnych akapitach:

• budowa awangardowej wieży startowo-łapiącej;

• iteracyjny rozwój Raptora i kłopoty na linii produkcyjnej;

• kluczowe zmiany projektowe Starshipa (9 silników zamiast 6);

• status testów prototypowego statku (S20) oraz mającego wynieść go na orbitę boostera (B4);

• pominięcie S21 i prawdopodobnie dwóch boosterów (B5 i B6);

• inwestycje w dodatkową infrastrukturę startową na Przylądku Canaveral;

• proces oceny środowiskowej przez FAA oraz komentarze publiczne odnośnie działalności SpaceX w Boca Chica (podsumowuję głosy za i przeciw ekspansji Starbase, wyrażone podczas dwóch zdalnych wysłuchań na platformie Zoom).

  ‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎

Wieża, Raptory, Problemy

Kiedy w lutym Elon Musk pisał na Twitterze o priorytetach SpaceX na 2021 rok, a na pierwszym miejscu swojej krótkiej listy umieścił „wybudowanie wieży ze zintegrowanym dźwigiem, zdolnym umieścić Starshipa na stopniu nośnym”, nie było jasne jak ma ona wyglądać, ani kiedy dokładnie powstanie.

Tym bardziej zagadkowe było wdrożenie w życie kolejnego, brawurowego wynalazku Muska, czyli systemu potężnych, ruchomych ramion, mających przechwycić SuperHeavy (a być może również Starshipa, jeśli fizyka pozwoli) w locie i osadzić delikatnie na ziemi. Koncepcję świetnie obrazuje animacja:

‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎

Ma to w założeniu wyeliminować potrzebę lądowania SuperHeavy na nogach (znaczna oszczędność masy) oraz przyśpieszyć ponowne ustawienie go na platformie startowej, a Starshipa na boosterze (aspiracyjnym celem jest przygotowanie rakiety do ponownego startu w godzinę po wylądowaniu).

W okresie od marca do lipca wieża wyszła z fundamentów i osiągnęła pełną wysokość, tj. 146 metrów:

‏‎ ‎‏‎ ‎

Dodatkowe zdjęcia z procesu wznoszenia wieży, jak również link do obszernego opisu przewagi przechwytywania boostera w locie nad jego tradycyjnym lądowaniem (o ile można mówić o lądowaniu rakiety orbitalnej jako czymś tradycyjnym, choć ta „tradycja” dotyczy jedynie technologii SpaceX), znajdują się w poprzedniej Aktualizacji z Boca Chica – poniższy link prowadzi bezpośrednio do właściwego akapitu.

TexasBocaChica (PL)

[SpaceX] Aktualizacja z Boca Chica. -3-

SpaceX zdobywa prestiżowy kontrakt Human Landing System (HLS…

Read more

5 years ago · TexasBocaChica

‏‎ ‎

Od sierpnia trwają prace nad wyposażeniem konstrukcji w ruchome elementy łapiące, których „chrzest bojowy” nastąpi prawdopodobnie przy drugim lub trzecim, udanym locie (pierwsze „lądowanie” po starcie pełnego systemu będzie w oceanie).

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎‏‎ ‎

Według opublikowanych przez SpaceX planów rozwoju Starbase, w 2022 ma powstać druga, niemal identyczna wieża (równolegle powstanie trzecia wieża na Przylądku Canaveral, dedykowana głównie startom Starshipa w ramach misji NASA).

Naturalnie, wcześniej należy spodziewać się gruntownego przetestowania wszystkich mechanizmów tego pionierskiego systemu. Wszak podstawową dewizą Muska jest maksymalnie szybkie usprawnianie każdego projektu na drodze prób i błędów (tzw. podejście iteracyjne, znane doskonale branży IT – pamiętajmy, że pierwsze, poważne pieniądze Musk zarabiał jako programista, a poźniej CEO start-upów IT, dzięki którym zdobył kapitał na założenie SpaceX). Widać to idealnie na przykładzie dynamiki rozwoju silnika Raptor, który jest praktycznie non-stop przebudowywany, a kolejne iteracje charakteryzują się m.in. coraz bardziej uporządkowaną hydrauliką:

‏‎ ‎

Nowe wersje silnika zasłużyły sobie już na miano „Raptora 2” – jego zdjęcia nie zostały jeszcze wykonane w Starbase, lecz należy oczekiwać dalszej poprawy estetyki.

Rzecz jasna, „wersja 2.0” może się pochwalić lepszymi osiągami:

‏‎ ‎

Równolegle do usprawniania samego silnika, SpaceX stale zwiększa tempo produkcji oraz redukuje koszt, stawiając sobie za cel poziom 1 dolara za kilogram generowanego ciągu.

Nie obywa się to jednak bez poważnych komplikacji – problemy ze skalowaniem linii Raptorów doprowadziły już do zwolnienia odpowiedzialnego za proces produkcji dyrektora, zaś sam Musk zaapelował w liście do pracowników, by potraktowali rozwiązanie kryzysu priorytetowo, gdyż w przeciwnym razie możliwa jest nawet „groźba bankructwa” (więcej info: przypis nr 6 w mojej poprzedniej publikacji).

W istocie, efektywna produkcja niezawodnych silników to dla płynności finansowej firmy rzecz esencjonalna: jeśli Starship nie będzie w stanie regularnie wynosić ładunku od 2023 roku (najpóźniej), to pracujące pełną parą fabryki satelitów Starlink staną się niczym innym jak spalarniami dolarów (inwestorzy je uwielbiają), ponieważ satelita, który nie jest na orbicie (i być nie może, bo nie będzie czym go wynieść – Falcon 9 nie nadąży za produkcją), jest właściwie drogim elektrośmieciem…

Dopytywany o „raport z frontu” Musk – który osobiście przejął obowiązki zwolnionego dyrektora i oznajmił, że planuje najbliższe weekendy nocować przy linii produkcyjnej (jak swego czasu w Tesli) – uspokaja jednak, że sytuacja zdaje się być pod kontrolą:

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Tymczasem, pozostałe elementy konstrukcyjne Starshipa również podlegają ciągłym modyfikacjom, co widać gołym okiem – przykładem może być np. nowy „nos”, będący efektem zmiany techniki spawania (i mniejszej ilości spawanych płyt):

‏‎ ‎

Jednak najbardziej drastyczna zmiana projektowa dotyczy zwiększenia liczby silników RVac (zoptymalizowanych pod kątem pracy w próżni) z trzech do sześciu, co daje łącznie 9 silników w statku oraz 33 w SuperHeavy.

Obecnie przygotowywany do lotu orbitalnego booster 4 wyposażony został w mniejszą liczbę silników (29), z czego 20 zamontowano w zewnętrznym pierścieniu. Dziewięć silników „wewnętrznych” posiada możliwość sterowania wektorem ciągu (odchylenie do 15 stopni), analogicznie do trzech silników centralnych w drugim stopniu (tzw. Raptory sea-level, tj. zoptymalizowane do pracy w standardowym ciśnieniu atmosferycznym).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Następny SuperHeavy ma korzystać tylko z Raptorów 2 – wiele wskazuje też, że boostery o oznaczeniu 5-6 zostaną pominięte w lotach (mimo, że B5 jest już prawie skończony – taka sytuacja nie jest jednak niczym nowym w pracach nad Starshipem).

Z racji, iż w kolejnych miesiącach każdy statek ma być parowany z dedykowanym dla siebie boosterem, następny (po zestawie B4S20) lot wykona prawdopodobnie zestaw B7S22. Statek nr 21 też zostanie bowiem – a przynajmniej na to wygląda, acz sytuacja jest dynamiczna, jak zawsze w Boca Chica – „przeskoczony” na rzecz S22, w którym powinniśmy zobaczyć już testowe otwarcie przestrzeni ładunkowej (Starship nie będzie korzystał z odrzucanych osłon ładunku – żaden element nie będzie tracony).

‏‎ ‎

Przedorbitalne testy i rozbudowa infrastruktury naziemnej

Brak pozwolenia FAA na start nie spowalnia kampanii testowej – prototypy boostera oraz statku systematycznie przechodzą różne „próby wysiłkowe”. Jakkolwiek Musk pół-żartem (ale też pół-serio) twierdzi, że samo opuszczenie przez pełny zestaw (Starship na szczycie boostera) platformy startowej w jednym kawałku uznane będzie za sukces, to optymalny przebieg dziewiczego lotu na orbitę zakłada kontrolowane wodowanie obu stopni rakiety. W tym celu Starship musi przetrwać ponowne wejście w atmosferę, dlatego inżynierowie poświęcają wiele uwagi dopracowaniu osłony termicznej.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Statek nr 20 – status prac

‏‎ ‎

Ze zrozumiałych względów, pierwszy orbitalny prototyp testowany jest na przestrzeni ostatnich miesięcy bardzo skrupulatnie – za nami test ciśnieniowy w temperaturze pokojowej, test kriogeniczny, próbne uruchomienie pre-burnerów oraz pierwsze odpalenia statyczne trzech silników próżniowych, zamontowanych statku.

‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎

Na marginesie…

Często pojawiają się pytania, jaka jest różnica między testem static fire a pre-burnerem oraz czym w ogóle jest ten „przed-zapalacz”.

Otóż pre-burner to, w pewnym sensie, niewielki silnik odrzutowy wewnątrz Raptora, służący do rozkręcenia turbiny tak zwanej turbopompy (na schemacie poniżej turbiny zaznaczono kolorem szarym).

Raptor wyposażony jest w dwa takie „dopalacze turbopomp”, dzięki czemu metan i tlen pompowane są ze zbiorników do głównej komory spalania pod ogromnym ciśnieniem (żaden silnik rakietowy nie osiągał nigdy większego ciśnienia w komorze) – turbopompy generują sumarycznie moc rzędu 100 tys. koni mechanicznych.

W teście nie dochodzi do zapłonu mieszanki paliwowej w głównej komorze spalania (to byłby właśnie static fire), a zamiast tego gaz wylotowy (ciecz w stanie superkrytycznym, technicznie rzecz ujmując) z pre-burnerów, po rozkręceniu turbin, jest przez komorę swobodnie przepuszczany i wydostaje się na zewnątrz silnika przez dyszę.

Jesteś na bieżąco z pracami nad Starshipem, lecz dopiero ten wpis rozjaśnił Ci, o co chodzi z testami pre-burnerów? Podziękuj w komentarzu lub napisz, jaką kwestię powinienem przybliżyć przy okazji kolejnego artykułu:)

Leave a comment

‏‎ ‎

W styczniu należy spodziewać się kolejnych static fire Statku 20 oraz rozpoczęcia kampanii testowej boostera (ciekawym pytaniem jest, ile silników zostanie odpalonych jednocześnie za pierwszym razem), a także testów „stopnia 0”, jak Musk nazywa wszelkie, naziemne systemy wspomagające, tj. zbiorniki na ciekły metan i tlen, instalację tłumienia (wodą) dźwiękowej fali uderzeniowej, przyłącza paliwowe, etc.

‏‎ ‎

SuperHeavy nr 4 i próbne łączenie stopni

‏‎ ‎

Po prototypach 1-2, wykorzystanych przede wszystkim do przetestowania procesu produkcji ogromnego stopnia nośnego oraz prototypie nr 3, jako pierwszym użytym do static fire, SuperHeavy nr 4 szykowany jest obecnie do historycznego lotu, tworząc parę ze Statkiem nr 20. Oba stopnie zostały już testowo spasowane na platformie startowej. Tu zdjęcia mówią same za siebie, a zatem niech za opis posłuży nam skromna galeria:

[Wykorzystane w tekście fotografie pochodzą z oficjalnych kanałów SpaceX, z twitterowego konta Elona Muska oraz od reporterów na miejscu, którzy niestrudzenie dokumentują postępy prac nad Starshipem – na Twitterze są to m.in.: @BocaChicaGal, @SpacePadreIsle, @NASASpaceflight, @cnunezimages, @TrevorMahlmann, @RGVaerialphotos]

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Starbase – spojrzenie w przeszłość oraz plany na 2022 rok

‏‎ ‎

Warto docenić w tym miejscu drogę, jaką flagowy projekt Elona Muska przebył w ostatnie trzy lata. Na ostatnim zdjęciu wyżej widzimy funkcjonalny prototyp rakiety o ponad dwukrotnie większym ciągu od Saturna V – tak dzieło von Brauna wyglądałoby na tym samym stanowisku startowym:

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Patrząc na powyższą infografikę kluczowe jest uświadomienie sobie, iż w przypadku Saturna (podobnie jak w systemie SLS, przygotowywanym obecnie przez NASA pod kątem programu Artemis), wynoszona na orbitę jest jedynie jego niewielka część (około 1/10 masy rakiety, nie uwzględniając paliwa), a dokładnie elementy widoczne pomiędzy „iglicą” (system ucieczki kapsuły Apollo, widocznej jako biały stożek na szczycie rakiety – więcej o elementach składowych Saturna V dowiesz się z tego, znakomitego video) a najwyższym, czarnym pierścieniem. System SpaceX jest pod tym względem diametralnie różny, gdyż cały, górny człon (na wizualizacji pokryty płytkami izolacji termicznej) rakiety stanowi uniwersalnego przeznaczenia statek kosmiczny, a poza tym oba stopnie będą docelowo używane wielokrotnie, być może nawet po kilkadziesiąt razy.

Nie ulega żadnej wątpliwości (uzasadniałem to szczegółowo w poprzednim artykule), że udane wyniesienie Starshipa na orbitę, niezależnie od powodzenia powrotu na Ziemię przy pierwszej próbie, zapoczątkuje nową, ekscytującą erę podboju kosmosu. A ponieważ święta to dla wielu nostalgiczny okres, przypomnijmy sobie początki statku w Boca Chica, gdzie pierwszy prototyp konstruowany był dosłownie pod namiotem (tudzież pod chmurką) i wyglądał tak:

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Od wykonania ujęć wyżej (a wspomnijmy, iż niewiele później górna połowa statku została… zerwana przez silny wiatr1) do próbnego lotu SN8 minęły niecałe dwa lata.

W każdym, kolejnym prototypie implementowano szereg usprawnień, czego przykładem są chociażby takie detale jak wiązki okablowania (zbliżenie poniżej).

‏‎ ‎

Skalę całego przedsięwzięcia widać doskonale z lotu ptaka – poniższe zdjęcia zostały wykonane w odstępie nieco ponad trzech lat (07.2018 vs 10.2021):

‏‎ ‎‏‎ ‎

W pogoni za optymalizacją operacji w Starbase zdaje się też, że firma Muska zaczęła odchodzić od wynajmowania ciężkiego sprzętu na rzecz posiadania własnego:

‏‎ ‎‏‎ ‎

Z kolei sam Musk, by nie marnować cennego czasu na dojazdy/doloty, przeprowadził się na miejsce, najpierw do 35-metrowego domku (zdjęcie niżej) z prefabrykatów firmy Boxable (w której objął też 20% udziałów), zaś obecnie mieszka na co dzień w jednym z wykupionych przez SpaceX domów jednorodzinnych w Boca Chica (wszystkie prywatne domy Muska zostały sprzedane, włącznie z rodzinną rezydencją pod San Francisco – była to ostatnia, posiadana przez niego nieruchomość).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Chociaż teksańska Starbase bywa już nazywana „bramą na Marsa”, projekt tej skali nie może być uzależniony od jednej lokalizacji geograficznej. Spółka rozpoczęła już budowę analogicznej (acz usprawnionej) platformy startowej na obszarze Kennedy Space Center (w miejscu określanym jako „kompleks 39A”), gdzie z czasem zostanie prawdopodobnie uruchomiona równoległa do Boca Chica produkcja Starshipów.

Co więcej, w tym miesiącu do NASA trafił wniosek o wykonanie analizy środowiskowej innego terenu (LC49), na potrzeby jego adaptacji pod wymogi orbitalnych startów. Byłaby to szósta platforma do obsługi Starshipa, licząc tę skończoną (prawie) i pięć planowanych (dwie oceaniczne, kolejna wieża w Boca oraz dwie na Florydzie) – ten prospekt wykracza jednak daleko poza rok 2022, gdyż LC49 to obecnie de facto… cóż, bagno. Wykonanie tam niezbędnej infrastruktury, począwszy od podstawowych prac ziemnych, jawi się jako zdecydowanie bardziej czasochłonne przedsięwzięcie niż oddanie do użytku Phobosa i Deimosa. Tym bardziej, że same formalności mogą teoretycznie ciagnąć się latami.

A propos…

Ocena środowiskowa Starbase i komentarze publiczne

W październiku Federalna Administracja Lotnictwa wysłuchała, podczas dwóch otwartych sesji, publicznych komentarzy na temat wstępnej oceny środowiskowej, poprzedzającej wydanie SpaceX licencji na kolejne starty z Boca Chica, w tym na testowe loty orbitalne.

Zainteresowani kontynuacją (lub domagający się jej braku) prac nad Starshipem w Teksasie mieli 3 minuty na przedstawienie argumentów.

Przeważająca część głosów (około 75%) wyrażała stanowcze wsparcie dla SpaceX, co miało zapewne związek z prośbą Muska na Twitterze:

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Podsumowanie głosów ZA

‏‎ ‎

Zwolennicy dalszego funkcjonowania Starbase wskazywali m.in. na

• inwestycje firmy w lokalną infrastrukturę;

• dochód z turystyki oraz powstające w powiązaniu ze Starshipem inicjatywy biznesowe, w tym fotografów, video-blogerów i artystów ogółem (swoimi trzema minutami na wypowiedź podzieliła się np. malarka, opowiadając o inspiracji, jakiej dostarczają jej widoki konstruowanych pod gołym niebem rakiet);

• kreację tysięcy miejsc pracy (z czego ponad 2 tys. ludzi, dotychczas, zostało zatrudnionych spośród rezydentów Brownsville i okolic);

• nowe pokolenie inżynierów, dla których sukcesy SpaceX są impulsem do obrania kierunku kształcenia (zostało również wspomniane, że firma Muska przekazała ponad 20 milionów dolarów na rzecz miejscowych szkół).

‏‎ ‎

Ponadto, w „co drugiej” opinii wspierającej można było usłyszeć, jaki wpływ psychologiczny na ludzi ma działalność SpaceX. Np. pielęgniarka z lokalnej szkoły opowiadała o „błysku w oczach”, jaki widzi u dzieci za każdym razem, gdy pojawia się wątek testowanych w Teksasie rakiet. Inny mieszkaniec Brownsville wspominał, że w jego stronach dominowało dotąd poczucie braku nadziei i perspektyw na przyszłość, co zmieniło się o 180 stopni wraz z przybyciem Muska. „Znajduję wzruszającym i pięknym” to, jak przyjęta została u nas wizja „nowej ery dla ludzkości” – relacjonował.

Sesja pierwsza zakończyła się wyjątkowo emocjonalnym apelem reprezentującej radę miejską Brownsville Jessici Tetreau-Kalifa, która zwięźle opisała pozytywny wpływ firmy Muska na lokalną społeczność, „przed pojawieniem się SpaceX jedną z najbiedniejszych w USA”. Ekspansja Starbase „zmieniła wszystko”, od aspektów ekonomicznych po postrzeganie całego regionu. „W imieniu naszych mieszkańców nie proszę, a błagam FAA o zezwolenie na dalszy rozwój SpaceX”, usłyszeliśmy w podsumowaniu jej wypowiedzi.

Osoby wypowiadające się „za” ekspansją Starbase sprawiały, co do zasady, wrażenie lepiej przygotowanych merytorycznie, choć nie brakowało również argumentów zgoła niemerytorycznej natury (jedna z osób wykorzystała swój czas na cytat z Księgi Rodzaju, argumentując na jego podstawie, iż Bóg oczekuje od ludzkości sięgania gwiazd, zaś aktywne wstrzymywanie SpaceX godzi w ten boski plan), a nawet ciosów poniżej pasa – padło m.in. pytanie do FAA, ile czasu zajęło agencji zatwierdzenie zmiany oprogramowania w Boeingu 737 Max, która doprowadziła do dwóch katastrof i śmierci 346 osób. Oczywiście, nie można uznać takich głosów za konstruktywne.

Dzwoniący uderzali też regularnie w patriotyczne nuty, wskazując na zasługi SpaceX w uniezależnieniu NASA od Rosji, wagę utrzymania przewagi nad Chinami, czy nazywając projekt Muska „programem Apollo XXI wieku”. Jedna z osób sformułowała retoryczne pytanie, czy w latach 60. FAA blokowałaby miesiącami starty z Centrum Kennedy’ego (natomiast inny dzwoniący zauważył, że na przylądku Canaveral swoje siedliska ma znacznie więcej gatunków, w tym zagrożonych, którym startujące rakiety zdają się nie przeszkadzać).

Pojawiły się też zarzuty podatności FAA na lobbing – komentujący podnosił, że gdyby chodziło o kolejny odwiert naftowy w okolicy, to wszelkie pozwolenia byłyby czystą formalnością, a sam proces błyskawiczny (z tym, że FAA nie byłaby w tego typu proces zaangażowana, gdyż odwierty nie leżą w jej gestii – ww. krytykę należy interpretować, rzecz jasna, jako pewną hiberbole dot. organów kontrolnych ogółem).

Rzeczywiście, pewne poszlaki negatywnego lobbingu dało się zauważyć nawet w publicznych wysłuchaniach – pojawiło się np. wiele opinii, jakoby FAA dopuściła się złamania prawa, nie publikując materiałów oraz nie prowadząc całego procesu również w języku hiszpańskim (z uwagi na hiszpańskojęzyczną mniejszość w regionie – padło m.in. określenie racial injustice) – co „zaskakujące” (zakładając, że nie byłoby tu koordynacji), wszystkie, oburzone brakiem dwujęzyczności osoby domagały się jednocześnie kategorycznego zakazu dla dalszej działalności SpaceX, a przynajmniej rozpoczęcia przez FAA procesu oceny środowiskowej od nowa (przez brak hiszpańskojęzycznej procedury w pierwszym podejściu).

Wspierający operację w Boca Chica, będący w liczebnej przewadze (aczkolwiek trzeba odnotować, że w większości nie były to osoby mieszkające w pobliżu), niejednokrotnie odnosili się do wypowiedzi swoich krytycznych poprzedników, dementując niektóre tezy i na bieżąco przedstawiając kontrargumenty, niekiedy podparte konkretnymi danymi.

Przykładowo, w kontrze do stwierdzeń na temat rzekomego, destrukcyjnego wpływu działalności Muska na dziką przyrodę i zamieszkujące okoliczne tereny gatunki (w tym 10 zagrożonych, z czego połowa to żółwie), kilkukrotnie przywołane zostały wysiłki SpaceX na rzecz ratowania żółwi (żółwie powrócą w artykule Promieniowanie kosmiczne a podróże międzyplanetarne cz. III2).

Dzwoniący, przedstawiający się jako inżynier branży aerospace oraz lifelong environmentalist nadmienił również, że pracował dla indyjskiej agencji kosmicznej i na obszarze tamtejszego kosmodromu roztoczona była kompleksowa ochrona nad żółwiami. „Skądkolwiek startowałyby rakiety, takie problemy zawsze będą się pojawiać i da się je skutecznie rozwiązywać” – kontynuował.

Ten sam komentujący pytał również retorycznie, skąd narracja o dziewiczych terenach i chronionych siedliskach, skoro wyspa South Padre jest stale urbanizowana, a w promieniu kilku kilometrów od Starbase działa choćby strzelnica czy hipermarket Wallmart.

Jeśli chodzi o kwestie związane z szeroko pojętą ochroną środowiska naturalnego, podniesiony został też fakt przekazania przez Muska 100 milionów dolarów na rekordowo wysoką X-Prize, w celu opracowania technologii wydajnej absorpcji CO2 z atmosfery.

‏‎ ‎

Podsumowanie głosów PRZECIW

‏‎ ‎

Destylując z kilkudziesięciu zgłoszeń (spośród tych głosowych – poza nimi FAA przyjmowała także wnioski pisemne) esencję argumentów na rzecz restrykcji dla SpaceX oraz zlecenia wykonania bardziej skrupulatnych analiz, można wymienić:

• kwestię tego, skąd SpaceX zamierza czerpać w dużych ilościach gaz ziemny (czy będzie on wydobywany lokalnie i transportowany położonym w tym celu gazociągiem, czy np. dowożony cysternami) i jaki będzie to miało wpływ na środowisko naturalne – w mojej osobistej ocenie, wątpliwości te w istocie mają solidny grunt, a oczekiwanie części społeczności lokalnej, by spółka się tu „dookreśliła”, należy uznać uzasadnione;

• jak budowa „miasta Starbase” wpłynie na wzrost cen nieruchomości (jest to argument na nie dla tych, którzy jeszcze nie mają własnej nieruchomości);

• wielokrotnie można było usłyszeć hasło o tym, że w pierwszej kolejności należy „ratować planetę”, zamiast przeznaczać „wspólne zasoby” na loty w kosmos.

  ‏‎ ‎

Niemałe kontrowersję wzbudzał również temat ograniczonego dostępu do plaży – pod adresem SpaceX padały bardzo ostre słowa, mowa była m.in. o „obrzydliwych kolonizatorach” (disgusting colonizers) oraz „rasizmie środowiskowym” (environmental racism), tj. o tym, że mniej zamożna mniejszość etniczna pozbawiana jest (okazjonalnie) możliwości plażowania.

Postulatem osób, przedstawiających powyższe argumenty (często w imieniu różnych organizacji) było, aby FAA uwarunkowała pozwolenie dla SpaceX przedłożeniem „pełnego raportu wpływu na środowisko”. W praktyce, taki wymóg mógłby oznaczać nawet lata przestoju – Musk musiałby wtedy podjąć decyzję o przeniesieniu planowanego kosmoportu w inny rejon kraju.

Ryzyko takiego „zwrotu akcji” wydaje się jednak nikłe, głównie z uwagi na powiązanie rozwoju projektu Starship z programem Artemis, który ma dla USA istotne znaczenie geopolityczne, a da się argumentować, że nawet geostrategiczne.

Osobiście uważam, że w styczniu 2022 r. będę mógł poinformować zainteresowanych o pozytywnym zakończeniu procedury oceny środowiskowej przez FAA oraz licencji startowej dla SpaceX.

AKTUALIZACJA: formalności po stronie FAA mogły, ale nie zakończyły się z końcem roku (termin przesunięto na 28.02.2022) - więcej w moim wpisie z dnia 28.12.

Zgoda Federalnej Komisji Łączności (FCC) na orbitalny lot prototypu została już wydana (i ważna jest do 1 marca), a zatem po „zielonym świetle” od FAA oczekiwać będziemy już tylko na zakończenie przygotowań przez zespół w Starbase.

‏‎ ‎

Uważasz, że więcej osób powinno się dowiedzieć o orbitalnym locie Starshipa lub chcesz podziękować mi za podsumowania prac nad projektem?

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Na marginesie…

By zdać rzetelną relację z bieżących wydarzeń w Boca Chica, zapoznałem się z wieloma anglojęzycznymi źródłami, w tym z rządowymi publikacjami, które w „wersji surowej” potrafią być dość nudne;) – w ich analizie pomaga dobra kawa, dlatego jeśli chcesz zmotywować mnie do czytania i tym samym przyczynić się do powstawania wysokiej jakości treści, rozważ postawienie mi następnej filiżanki:

buycoffee.to/texasbocachica

‏‎ ‎

Z góry dziękuję:)

‏‎ ‎

PS. Fundamentalną dla mnie sprawą jest jednak, by pewna rzecz była jasna: jeśli zastanawiasz się od czasu do czasu, czy stać Cię na latte z pianką, czy może lepiej odmówić sobie wyjścia do kawiarni i zamiast tego opłacić Netflix w terminie, akapit powyżej nie jest adresowany do Ciebie – nie chciałbym wywołać poczucia, że wywierana jest na Tobie jakakolwiek presja. Moje artykuły, w których omawiam zagadnienia związane z eksploracją kosmosu są i będą dostępne bezpłatnie.

Jeżeli natomiast obce są Tobie dylematy z kategorii Netflix czy Starbucks, a chcesz docenić czas, jaki został włożony w tworzenie dostępnych tu wpisów, link wyżej pozwoli Ci na sprezentowanie mi kawy BLIKiem lub w inny, preferowany sposób.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Przypisy:

Wstęp

Załogowa misja na Czerwoną Planetę możliwa jest w okresie dekady, a w najbliższych 12 latach jest wręcz prawdopodobna.

Traktowanie powyższego zdania jako naiwnej mrzonki byłoby z perspektywy końca 2021 roku błędem, lecz bynajmniej nie dzięki wzmożonym ostatnio wysiłkom państwowych instytucji – te NASA, ESA, a także Chińska Narodowa Agencja Kosmiczna we współpracy z Roskosmosem1, koncentrują dziś na srebrnym globie. Stała obecność człowieka na Księżycu to plan godny XXI wieku, wymagający konsekwentnej polityki przyszłych rządów i przezwyciężenia licznych trudności technologicznych. Ta nowa arena zmagań w zaostrzającej się rywalizacji między potęgami wschodu i zachodu może intrygować, jednak niniejszy tekst poświęcony jest – obok wątku tytułowego, służącego nam za oś narracji – unaocznieniu zmian, czekających niebawem całą, szeroką dziedzinę podboju kosmosu za sprawą w pełni komercyjnych podmiotów oraz przedsiębiorców-wizjonerów, dla których projekty pozaziemskie stanowią ambicjonalne rozwinięcie biznesowych dokonań.  

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Prywatne inicjatywy cechuje dążenie do kosztowo efektywnej realizacji celu, brak istotnego uzależnienia od przesunięć w obrębie budżetu państwa, a przede wszystkim, nie są one ograniczone wyobrażeniami kongresmenów czy dyrektorów rządowych agencji co do tego, jak powinna wyglądać misja na inną planetę. Różnice w mentalności i aspiracjach, a również nieskrępowana decyzyjność2 oraz „wybitna jakość zarządzania” (cyt. NASA3) pozwalają SpaceX urzeczywistniać wizję o niespotykanym wcześniej zasięgu – jej rozmach wykracza nawet poza „realistyczne scenariusze” marsjańskich misji, oferowane na przestrzeni dziesięcioleci przez Hollywood.

Zamiarem Elona Muska jest utworzenie na Marsie samowystarczalnej osady, by „uczynić homo sapiens gatunkiem międzyplanetarnym” i tym samym zainicjować wielopokoleniowy proces uniezależniania się życia jako takiego od kosmicznych katastrof, które mogłyby „zgasić płomyk świadomości” (cyt. Musk). Zatem nie krótka wyprawa badawcza, a wstęp do szeroko zakrojonej kolonizacji. Cytując dr. Roberta Zubrina, wieloletniego propagatora4 załogowej misji na Marsa i autora licznych, poświęconych temu książek5:

[plan Muska] to nie Apollo, to D-Day.

Mówiąc „D-Day”, dr Zubrin przyrównuje logistykę przedsięwzięcia do lądowania aliantów w Normandii – czyli nie operacja dywersyjna ani wysiłek propagandowy, a otwarcie nowego frontu potężnym desantem, w toku którego przybycie astronautów poprzedzają dostawy prawdziwie ciężkiego sprzętu (łącznie setki ton wyposażenia w misjach bezzałogowych, by odpowiednio zabezpieczyć pierwszych osadników).

By dało się tak astronomiczne wyzwanie utrzymać w ryzach przyziemnej ekonomii, SpaceX konstruuje obecnie system Starship. Jeśli wszystko pójdzie po myśli Muska – a wiele na to wskazuje – zmieni on paradygmat planowania wszelkich, późniejszych wypraw na dowolne ciała Układu Słonecznego. Dokładnie tak, jak Ford T odmienił na zawsze przemysł motoryzacyjny. Dr Zubrin zdaje się zresztą podkreślać przy każdej, nadarzającej się mu okazji, że nazywanie wydarzeń w Teksasie „budową rakiety” nie oddaje istoty rzeczy, gdyż Muskowi nie chodzi wcale o rakietę, lecz o fabrykę rakiet.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Właściwie, Starship nie jest nawet rakietą w znaczeniu, w jakim historia przyzwyczaiła nas myśleć o rakietach (rakieta wynosi niewielką kapsułę, sondę czy satelitę, a następnie staje się „orbitalnym złomem” lub spala w atmosferze/spada do oceanu). Gotowy Starship będzie pierwszym, pełnoprawnym statkiem kosmicznym – bardzo bliskim ideom, znanym do tej pory z książek Stanisława Lema i innych autorów naukowej fantastyki. Dowodzony np. przez Pilota Pirxa statek nie jest jednorazowy: może wylądować na interesującym ciele niebieskim, wykonać określone zadanie, a następnie odlecieć w stronę innej lokalizacji w Układzie Słonecznym. Bez konieczności wymiany części, bez żmudnych oględzin przez setkę inżynierów.

Musk zakłada, że zalążek kolonii wymaga dostarczenia na Marsa miliona ton cargo, a w tym celu potrzebnych będzie 1000 (tysiąc) statków, każdy zdolny do wielokrotnych startów i lądowań. Pod tym względem, Starship ma być w „codziennej eksploatacji” zdecydowanie bliższy samolotom pasażerskim niż współczesnym rakietom. System, charakteryzujący się tak zwaną „pełną reużywalnością” (używalny wielokrotnie bez potrzeby każdorazowego serwisu, ang. fully-reusable launch vehicle) uznawany jest, nie bez przyczyny, za Świętego Graala przemysłu kosmicznego.

Co więcej, dzięki wykorzystaniu stali nierdzewnej jako głównego materiału konstrukcyjnego (jeden z wielu rewolucyjnych pomysłów Muska), jednostkowy koszt produkcji statku ma z czasem spaść do poziomu poniżej 10 mln dolarów, a docelowy6 koszt silnika Raptor poniżej dolara na każdy kilogram generowanego ciągu. To wyniki, do jakich długo nie zbliży się reszta sektora, tym bardziej w odniesieniu do rakiety klasy superciężkiej (na ten moment, jedyną, operacyjną rakietą superciężką7 na świecie jest Falcon Heavy, której najbliższy start zaplanowany jest wstępnie na I kwartał 2022 roku – będzie to pierwsza w historii próba synchronicznego lądowania dwóch boosterów na autonomicznych barkach).

Dla uważnych obserwatorów tempa prac w Boca Chica, dostrzegających rosnący dystans, jaki dzieli SpaceX od konkurentów, stało się klarowne, że stulecie to zostanie zapamiętane jako zmierzch ery tzw. „Old Space” i nadejście „New Space”, w której kierunki rozwoju wytyczają prywatne firmy, a motywatorem innowacji jest redukcja kosztu wyniesienia ładunku (co nigdy nie było priorytetem dla państwowych agencji).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

W nowych realiach tym istotniejsza (choć w obliczu walki cenowej wiele osób zobaczy tu sprzeczność) stanie się troska o bezpieczeństwo – kosmos przestanie być dostępny jedynie dla niewielkiej garstki świetnie wytrenowanych specjalistów. Branża otworzy się na turystów (loty suborbitalne, orbitalne8, a także kilkudniowe rejsy widokowe wokół Księżyca, jak zaplanowana już misja #DearMoon – jej pomysłodawca i sponsor, miliarder Yusaku Maezawa, kończy właśnie swój 12-dniowy pobyt na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej), a nawet chętnych do tymczasowej relokacji na Marsa. Owszem, stosunkowo wysokie prawdopodobieństwo śmiertelnych wypadków wciąż będzie występować, lecz diametralnie zmieni się komfort podróży oraz ekspozycja „astronautów-amatorów” na typowe zagrożenia przebywania w pozaziemskim środowisku. Jednym z takich zagrożeń jest promieniowanie jonizujące, od negatywnego wpływu którego jesteśmy na co dzień izolowani.

Popularyzacja lotów międzyplanetarnych wymusi dopracowanie środków zaradczych z zakresu przeciwpromiennej profilaktyki – zostaną one szczegółowo omówione w tym oraz kolejnych wpisach. I chociaż da się argumentować, że temat ochrony przed naładowanymi cząstkami nie należy do najbardziej ekscytujących, gdy mowa o zasiedlaniu innej planety, pozwala on w klarowny sposób zobrazować skalę przewagi statku Muska nad dotychczasowymi projektami.

Z drugiej strony, problematyka „niosących śmierć” promieni (jak to ujął Jacek Bartosiak w swej nowej, skądinąd poważnej książce „Wojna w kosmosie”) wciąż powraca w kontekście bariery, która miałaby wręcz uniemożliwić ludzkości długotrwałe funkcjonowanie z dala od Ziemi. Na podobne stwierdzenia natknąć się można w wiodących tytułach, których redakcje bezbłędnie zdiagnozowały, że fraza Elon Musk i temat jego marsjańskiej kolonii wzbudzają niemałe kontrowersje, zaś rezultatem kontrowersji są w Internecie kliknięcia. Co można, do pewnego stopnia, postrzegać za zjawisko pozytywne – wszak uczynienie z pisania o wyzwaniach eksploracji kosmosu generatora odsłon nie brzmi jak zbrodnia.

Niestety, pogoń za zwiększaniem ruchu na www nierzadko odbywa się za cenę rzetelnej informacji. Do wyrażenia poglądów zapraszani są youtuberzy, nader często oferujący „eksperckie opinie” bez dostatecznego przygotowania merytorycznego. Zdarzają się też wywiady z osobistościami nauki czy kompetentnymi popularyzatorami tejże, których kompetencje dotyczą jednak zupełnie innych obszarów niż te, o jakich proszeni są zająć stanowisko. Nie ułatwia to nawigowania w poszukiwaniu wiarygodnych danych.

Tymczasem, dla każdego entuzjasty załogowych misji kosmicznych, pragnącego być na bieżąco ze stanem naszego zrozumienia problemu, warto będzie przyjrzeć się tej przeszkodzie z bliska, a śmiałe zapowiedzi SpaceX są ku temu wyjątkowo dobrym pretekstem.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Sam Musk, pytany o promieniowanie (i będący obiektem krytyki niektórych komentatorów, za rzekome bagatelizowanie zagrożenia dla przyszłych astronautów), zdaje się szczególnie nie przejmować – na forum Amerykańskiej Akademii Nauk, dn. 18.11.2021, skwitował tę kwestię beztroskim „coś sprytnego wymyślimy”.

Z kolei podczas sesji Q&A, po swojej prezentacji na konferencji Międzynarodowej Federacji Astronautycznej w 2016 roku (zdjęcie powyżej), tak odnosił się sprawy:

The radiation thing is often brought up, but I think it’s not too big of a deal.

Czyli, w luźnym tłumaczeniu:

Problem promieniowania jest często podnoszony, ale nie robiłbym z tego wielkiego halo.

‏‎ ‎

Jednym z zaniepokojonych wyrażanym przez szefa SpaceX poglądem jest współpracujący z NASA naukowiec, dr Nathan Schwadron (wielokrotnie nagradzany za wkład w badania Układu Słonecznego, m.in. jako członek zespołów odpowiedzialnych za sondy New Horizons oraz Lunar Reconnaissance Orbiter), który w wypowiedzi dla magazynu Inverse wyznał, że jego zdaniem sektor prywatny nie traktuje problemu wystarczająco poważnie:

We know that it’s not going to kill astronauts immediately, but in terms of long-term effects, we know next to nothing. And the only information we have comes from relatively short missions we did many, many years ago when the radiation environment was different.

↓

Wiemy, że [promieniowanie] nie zabije astronautów od razu, ale nasza wiedza na temat skutków oddalonych w czasie jest szczątkowa. Dane, jakie posiadamy, zbierane były podczas relatywnie krótkich misji, gdy poziomy promieniowania były inne9.

‏‎ ‎

Rzeczywiście, potrzeba dalszych analiz jest bezdyskusyjna, a nasz zasób informacji nie pozwala definitywnie rozwiać wszystkich wątpliwości. Co do tego, niemożliwością jawi się znalezienie chętnych do polemiki. Zapewne nikt przy zdrowych zmysłach nie insynuowałby też, że to właśnie Elon Musk dysponuje jakąś wiedzą o fizycznych właściwościach promieniowania, która niedostępna jest dla czołowych ekspertów.

Czy jednak dr Schwadron, formułując swoje ostrzeżenia pod adresem „sektora prywatnego”, bierze pod uwagę faktyczne możliwości systemu Starship? A może wybrzmiewają w jego opinii, typowe dla „Old Space” (i ludzi ogółem, nie wyłączając naukowców), wyobrażenia o lotach w ciasnych kapsułach, w jakich astronautów dzieli od złowrogiej przestrzeni kosmicznej cienka warstwa aluminium?

Poniżej spróbujemy odpowiedzieć na pytanie, ile jest słuszności w argumentach „alarmistów”, a także czy niewzruszone podejście Muska można oprzeć na fundamencie solidnych danych, z uwzględnieniem architektury Starshipa.

Wpis stanowi kontynuację artykułu, w którym wyjaśniam naturę zjawiska promieniowania kosmicznego oraz przybliżam związane z nim ryzyka dla lotów załogowych poza pole magnetyczne Ziemi. Dla pełniejszego zrozumienia omawianych dalej kwestii, rekomenduję przeczytać najpierw część pierwszą.

‏‎ ‎

Dla osób, które preferują od razu „skoczyć na głęboką wodę” lub czytały poprzedni wpis dawno (ukazał się on blisko rok temu), skrótowo podsumowuję najważniejsze, płynące z niego wnioski:

• nieobojętne dla zdrowia astronautów w międzyplanetarnych misjach są dwa rodzaje promieniowania: cząstki spoza Układu Słonecznego (tzw. promieniowanie galaktyczne, dalej GCR) oraz cząstki, emitowane przez Słońce podczas wysokoenergetycznych rozbłysków, zwanych czasem „burzami magnetycznymi” (dalej SPE, od solar particle event);

• intensywność (a tym samym negatywny wpływ na zdrowie) i częstotliwość SPE rośnie wraz z poziomem aktywności słonecznej, w 11-letnich cyklach (aczkolwiek w okresach niskiej aktywności również mogą wystąpić potężne rozbłyski – zdarza się to jednak sporadycznie); w przypadku GCR korelacja jest odwrotna;

• cząstki emitowane podczas SPE poruszają się znacznie poniżej prędkości światła, co umożliwia ostrzeżenie astronautów o groźbie zwiększonego promieniowania i daje czas na znalezienie schronienia;

• im cząstki poruszają się szybciej (ich energia jest większa, gdyż ta stanowi wypadkową prędkości i masy, zgodnie z równaniem E=mc²), tym trudniej je zatrzymać i tym samym chronić wnętrze statku przed promieniowaniem;

• penetrujące ziemskie pole magnetyczne protony GCR rozpadają się następnie w atmosferze na cząstki o niższych energiach, docierające do powierzchni jako wtórne promieniowanie kosmiczne (im więcej atmosfery ponad naszymi głowami, tym mniejszą otrzymujemy dawkę) – na Marsie również wysokość nad poziomem „morza” ma istotne znaczenie dla dawki promieniowania przy powierzchni.

‏‎ ‎

W tej i kolejnych częściach skupimy się na rozwiązaniach, dzięki którym ryzyko dla astronautów może być mitygowane.

Szczególnie interesuje nas misja na Marsa z wykorzystaniem systemu Starship. Dlatego, zanim przejdziemy do kompleksowego omówienia związanych z tym zagadnień, sformułujmy dodatkowe twierdzenia, które będą punktem wyjścia dla lepszego zrozumienia wyzwań, przed jakimi stoją inżynierowie SpaceX:

• dawki promieniowania w związku z ekspozycją na GCR nie są istotnym zagrożeniem (zarówno w obrębie ziemskiego pola magnetycznego, w okresie tranzytu, jak i na Marsie), a ich wpływ na zdrowie jest niemalże pomijalny w okresie trwania typowej misji (w horyzoncie całego życia, ryzyko wywołanej przez GCR choroby nowotworowej szacowane jest na około 3%, aczkolwiek inne, potencjalne skutki uboczne nie są zbadane – panuje jednak zgoda co do znaczenia indywidualnej kondycji organizmu);

• dawki promieniowania na skutek SPE mogą zagrażać zdrowiu i życiu, jeżeli rozbłysk jest wyjątkowo silny, a astronauci przebywają poza ekranowanym habitatem (sporadycznie zdarzają się anomalie, które mogą wywołać chorobę popromienną, zaś najpotężniejsze w historii obserwacji emisje skutkowałyby dawką uznawaną za śmiertelną);

• osiągnięcie wysokiej skuteczności ekranowania utrudnia fakt, że zatrzymana cząstka o dużej energii ulega rozpadowi, tworząc kaskadę kolejnych cząstek o energiach niższych, czyli promieniowanie wtórne – jego specyfika zależy m.in. od ośrodka, w którym cząstka pierwotna wytraca energię;

• GCR zawiera też cząstki, poruszające się niemal (>90%, a nawet >99%) z prędkością światła, co czyni ich ekranowanie w najlepszym razie niepraktycznym (ponadto, emisja cząstek wtórnych może być w takim przypadku groźniejsza niż sytuacja, w której cząstka pierwotna przelatuje przez statek na wylot); należy zatem skonkludować, iż metoda zatrzymania wszystkich cząstek GCR nie istnieje, jednak nie zachodzi potrzeba ekranowania o 100-procentowej skuteczności.

‏‎ ‎

Kluczowe jest więc pytanie…

Jak osłonić astronautów przed promieniowaniem w optymalny sposób?

Zapewnienie całkowitej ochrony przed GCR w okresie tranzytu Ziemia-Mars jest po pierwsze niekonieczne (dawki otrzymywane przez ludzi pozbawionych jakiegokolwiek, dedykowanego ekranowania nie stanowią dużego zagrożenia, zwłaszcza w okresie wysokiej aktywności słonecznej – patrz pierwsza część artykułu), a po drugie zbyt trudne – zatrzymanie choćby zdecydowanej większości cząstek GCR metodą ekranowania pasywnego wymagałoby wielu warstw zaawansowanych polimerów, które jednak sukcesywnie traciłyby swoje ekranujące właściwości (bombardowanie wysokoenergetycznymi protonami narusza z czasem strukturę molekularną materiału).

Jedynym sposobem na stworzenie wolnej (choć też nie w 100%) od promieniowania „bańki” w przestrzeni międzyplanetarnej są aktywne tarcze, które jednak wiążą się z przezwyciężeniem szeregu problemów i wymagają dużych instalacji, montowanych na orbicie. Pod tym względem, aktywne systemy antyradiacyjne można przyrównać do mechanizmów rotacyjnych, imitujących pozostawanie statku w charakterystycznym dla planety polu grawitacyjnym – takie rozwiązanie również byłoby wielce przydatne w długich podróżach, lecz jego zastosowanie w jednostkach o małych rozmiarach pozbawione jest sensu praktycznego.

‏‎ ‎

Na marginesie…

Do aktywnych metod ekranowania jeszcze wrócimy – temat jest bowiem bardzo ciekawy. Jeśli interesuje Cię prospekt generowania wokół statku ochronnych pól magnetycznych i tarcz plazmowych, dodaj swój e-mail do listy subskrypcji.

Substack nie wysyła spamu ofertowego – subskrybując, wspierasz niezależnych twórców oraz rozwój samej platformy. Doceń, że czytasz niniejszy tekst za darmo, w całości i bez potrzeby zamykania reklamowych pop-upów. Przyczynisz się tym samym do popularyzacji wysokiej jakości treści oraz kolejnych publikacji dużego formatu o tematyce New Space.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Następny wpis, który ukaże się w styczniu, poświęcony zostanie wyjaśnieniu (jak zwykle bardzo przystępnym językiem) fizyki antyradiacyjnych tarcz elektrostatycznych; omówimy też zalety i wady ich implementacji.

W kolejnych artykułach przyjrzymy się innym koncepcjom systemów aktywnych, rozważając zakres ich potencjalnego zastosowania – kliknij poniżej, a otrzymasz je wprost na swoją skrzynkę.

‏‎ ‎Aktualizacja z dnia 31.01.2022: artykuł o systemach aktywnych już na Substack.

‏‎ ‎

Subscribe now

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎

Pierwsi kolonizatorzy nie zyskają więc pełnej ochrony przed GCR, lecz osoby planujące misję muszą zapewnić im w zamian adekwatne zabezpieczenie przed rozbłyskami słonecznymi, ponieważ to one stanowią realne, a bardzo sporadycznie wręcz śmiertelne zagrożenie.

Na szczęście, zważywszy na osiągane przez cząstki emitowane przy okazji SPE energie, ekranowanie pasywne zdaje egzamin. Dodatkowo, z uwagi na możliwość wczesnego ostrzegania10 o sytuacji na Słońcu, nieracjonalnym wydaje się (aczkolwiek może się tylko wydawać – o tym później) wyposażanie statku wielkości Starshipa w powłokę, ekranującą jednakowo silnie wszystkie pokłady. Wektor zagrażających załodze cząstek jest znany, co pozwala na stosowanie tarcz kierunkowych. Istnieje wreszcie opcja, by w okresie całego lotu utrzymywać statek w stałej pozycji względem Słońca, aby astronauci byli od niego oddzieleni ładownią, zbiornikami paliwa, silnikami. Takie rozwiązanie byłoby wystarczające w przypadku typowych rozbłysków i można sobie wyobrazić podjęcie ryzyka rezygnacji z innych systemów (podobnie, jak można sobie wyobrazić wyjazd na wakacje samochodem bez poduszek powietrznych – w większości sytuacji nie będą one potrzebne).

Niezależnie jednak od profilaktycznego pozycjonowania statku, warto rozważyć specjalny schron antyradiacyjny. Z dużą dozą pewności można założyć, iż taki właśnie kurs zostanie (a właściwie został, ponieważ wstępne plany wnętrz załogowych istnieją, a po prostu nie są znane opinii publicznej) obrany przez SpaceX. Schron jest tym bardziej zasadny, że w pierwszych miesiącach na Marsie statek służyć będzie za podstawowy habitat, tj. głównie jego dziób i ściany (nie rufa z silnikami i zbiornikami) doświadczać będą kontaktu z rozpędzonymi cząstkami.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Osłona przed promieniowaniem Słońca, sama w sobie, nie jest skomplikowana w wykonaniu – trudność pojawia się dopiero, gdy ekranowanie ma być jednocześnie skuteczne i maksymalnie lekkie. Przez skuteczne należy rozumieć, iż energia cząstek SPE nie tylko jest absorbowana, lecz również, że w wyniku tej absorpcji sam materiał ekranujący nie zaczyna z czasem promieniować. Dlatego zupełnie nie sprawdziłby się np. ołów, a aluminium nadaje się tylko do pewnego poziomu grubości (masa około 20 g/cm²), po przekroczeniu którego może „robić więcej złego, niż dobrego” (paradoks spowodowany akumulacją neutronów, odpowiedzialnych za promieniowanie wtórne). Generalnie, metale radzą sobie z zadaniem wyraźnie gorzej niż tworzywa sztuczne (plastiki). Z drugiej strony, metale mają inne, pożądane przez inżynierów szeroko pojętej awiacji właściwości – nie można więc, oczywiście, projektować kadłuba statku wyłącznie z myślą o ograniczeniu radiacji.

Summa summarum, współczesna nauka nie zna jednego, „magicznego” materiału, którego cienka warstwa zapewniałaby ochronę przed promieniowaniem o różnych energiach i „twardościach” spektrum11. Planując misję, trzeba się zatem zdecydować na pewien złoty środek między masą, a możliwością zatrzymania cząstek o danej charakterystyce12. By ekstremalnie streścić stan naszej wiedzy, sformułujmy twierdzenie, iż najlepiej sprawdzają się kompozyty, których składową jest wodór – np. lekki i tani w produkcji polietylen lub materiały na bazie wodorku litu (LiH). Obiecujące są też efekty badań nad kompozytami o bardziej złożonej strukturze, wykorzystujących np. nanorurki azotku boru (BNNT) – te technologicznie zaawansowane i kosztowne w pozyskaniu tworzywa mogą kiedyś znaleźć zastosowanie m.in. w skafandrach kosmicznych, z uwagi na swoją elastyczność.

‏‎ ‎

Istnieje jednak inny, bogaty w wodór surowiec, który świetnie sprawdza się w roli tarczy przed promieniowaniem. Co prawda, nie jest on lekki, lecz reguła lżej=lepiej wyjątkowo go nie dotyczy, ponieważ w każdą misję załogową i tak konieczne jest zabranie dużych jego zasobów. Najlepsza zaś, z punktu widzenia ekonomii przedsięwzięcia, konstrukcja ekranująca to taka, która spełnia więcej niż tę, jedną funkcję. Skoro więc astronauci potrzebują H2O do picia, dlaczego nie utworzyć z systemu filtracji przeciwpromiennego „płaszcza”?

Tu właśnie wracamy do zasadniczych różnic w optyce Old Space vs SpaceX.

Mianowicie tezy, jakoby woda rzeczywiście stanowiła wyjątek od reguły lżej=lepiej, nie dałoby się obronić w ujęciu historycznym. Masa ogółem zawsze była głównym czynnikiem, ograniczającym wszelkie, pozaziemskie inicjatywy ludzkości. Z kolei fraza „nie jest lekka” w odniesieniu do H2O i wynoszenia ładunku na orbitę jest, patrząc przez pryzmat Starego Kosmosu, sporym niedopowiedzeniem.

Należy podkreślić, że choć właściwości ekranujące wody są doskonale znane od dekad, nigdy nie była ona stosowana (ani nawet brana pod uwagę przy projektowaniu dotychczasowych statków kosmicznych, jeżeli mówimy o dedykowanych temu celowi instalacjach), właśnie ze względu na kryterium wagi.

Dowolne misje, od wirtualnej deski kreślarskiej po zamówienie ostatniego układu scalonego, nabierają kształtu pod nieustanną i niewzruszoną presją delta-v13. W tym równaniu, lepszy instrument badawczy przegrywa najczęściej z lżejszym, a uszczuplenie sondy o ekstra kilogram pozwala uzasadnić zwiększenie kosztu poszczególnych komponentów o rząd wielkości. Nie jest przesadą stwierdzenie, iż „ekosystem planowania” lotów kosmicznych, w tym ścieżki, jakimi podąża sama myśl techniczna i podejmowane na każdym rozdrożu decyzje inżynieryjne, podporządkowany jest kompromisowi: ile nauki da się zmieścić w tonie.

Tak ubrał to w słowa (na swoim rewelacyjnym blogu) Casey Handmer, zatrudniony do niedawna jako programista w NASA JPL:

Entire design languages and heuristics are reinforced, at the generational level, in service of avoiding negative consequences of excess mass.

↓

Całe języki projektowania i heurystyki wzmacniane są, na poziomie pokoleniowym, w służbie unikania negatywnych konsekwencji nadmiaru masy.

‏‎ ‎

Spójrzmy więc na rekordowo masywny obiekt na niskiej orbicie – Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, jako największy (znany nam), sztuczny zbiornik H2O poza Ziemią, zawiera jej i tak o wiele za mało, by mogła stanowić podstawową ochronę przed promieniowaniem (moduły stacji ekranowane są lekkimi tworzywami sztucznymi) – astronauci zużywają do codziennych czynności ponad 10-krotnie mniej wody niż „ziemska średnia”. Higiena jest dość ograniczona (głównie do nawilżanych chusteczek), choć na rzecz oszczędności działa brak ciążenia, umożliwiający dalece bardziej efektywne „obchodzenie się” ze wszelkimi płynami (trick z umyciem się w szklance wody nie zadziała jednak na Marsie). Stosowany jest również wyrafinowany obieg zamknięty, odzyskujący około 93% wody wydalanej, z potem i oddechem włącznie14. Opracowanie ultra-wydajnych technik recyklingu było esencjonalne, właśnie przez wzgląd na zredukowanie konieczności zaopatrywania stacji w wodę, której waga „zabierałaby” cenne miejsce w rakiecie.

Poza tym, jak zostało wspomniane w pierwszej części artykułu, wysokość orbity ISS leży w obrębie ziemskiego pola magnetycznego, a zatem dedykowany schron antyradiacyjny nie jest na niej niezbędny. Inaczej przedstawia się sytuacja w drodze na Księżyc – dlatego w planach Artemis15 uwzględniono procedurę, wg której załoga statku Orion miałaby, w razie otrzymania ostrzeżenia o wysokim poziomie promieniowania, zaaranżować dla siebie prowizoryczną osłonę z dostępnych w kapsule napojów i pożywienia. Czyli w skrócie: propozycją NASA dla astronautów jest własnoręczne otoczenie się pojemnikami z prowiantem.

Agencja opublikowała nawet film, dumnie prezentujący działanie tego „systemu”:

‏‎ ‎

I to byłoby na tyle, jeśli chodzi o plany ekranowania wodą sprzed „ery Starshipa”.

W jednym z opracowań, na jakie natknąłem się przy okazji pisania artykułu, prezentowane na video rozwiązanie określone zostało jako zero mass storm shelter obtained by reconfiguration i trzeba przyznać, że to niesłychanie zgrabna terminologia na założenie sobie torby na głowę…

Znamiennym jest jednak przykładanie w tego rodzaju opisach nacisku na brak konieczności dodawania masy – taka właśnie narracja towarzyszy przemysłowi kosmicznemu od jego zarania, co owocuje osobliwą, samospełniającą się przepowiednią: promieniowanie jest groźne, gdyż najlepsze metody ekranowania są po prostu zbyt ciężkie, by w ogóle poświęcać im czas.

Tak np. wypowiadał się o problemie Matthew Lemke, którego pozycja w NASA to „Orion Avionics, Power and Wiring Manager”:

Matt Lemke: Space station has, you know, a certain amount of aluminum on it. Orion has, you know, aluminum, titanium, some back shells. But these particles are so energetic, they're just going to go through. So, we don't get a lot of physical shielding from anything like that. You know, if you had a space craft that was surrounded by a foot of water, like a water bladder, that would really help reduce your radiation risk.

Host: Yeah.

Matt Lemke: Kind of heavy and not very practical.

Host: Right. Yeah. That's a lot of water.

↓

Matt Lemke: [Cząstki promieniowania kosmicznego] mają takie energie, że poszycie stacji czy Oriona nie zapewnia istotnego ekranowania. Wiesz, co innego, gdybyśmy mogli otoczyć statek jakby wodnym pęcherzem, powiedzmy 30-centymetrowym – to naprawdę pomogłoby zredukować ryzyko [dla astronautów].

‏‎ ‎

Trudno się jednak dziwić podejściu NASA, mając świadomość, że koszt jednego startu rakiety SLS dla amerykańskiego podatnika, nie licząc R&D, przekracza 900 mln dolarów (co najmniej – finalne wartości zależeć będą od wystąpienia dalszych opóźnień oraz tego, ile razy ta superciężka rakieta poleci na orbitę, zanim stanie się zbędna za sprawą SpaceX), a sam Orion oferuje wielodniową podróż w warunkach niewiele wygodniejszych niż w misjach Apollo. Wody jest na nim zaledwie 240 litrów, a astronauci mają do dyspozycji 9 metrów sześciennych.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Warto przy tym nadmienić, że nawet tak skromna ilość H2O, rozlokowana w formie permanentnego płaszcza, otaczającego załogę warstwą 8 mm, ograniczyłaby dawki promieniowania na skutek typowego SPE o 10-20% i wg komputerowych symulacji (aczkolwiek przeprowadzonych przez autora16 bez dostępu do specyfikacji Oriona, stąd wyniki obarczone są dużym marginesem błędu) chroniła nieco efektywniej niż „plan schowania się pod prowiantem”. Oczywiście, integracja płaszcza zwiększyłaby minimalnie wagę statku, co z perspektywy NASA jest wadą dyskwalifikującą.

SpaceX zmienia zasady gry

Zerwanie z „dogmatem” jednorazowości rakiet umożliwi wynoszenie ładunków na Marsa (czy w inne miejsca Układu Słonecznego) w nieosiągalnych wcześniej cenach, a także załogowe loty w bezprecedensowo przestronnych wnętrzach.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Całkowita objętość części hermetyzowanej bliska jest największemu samolotowi pasażerskiemu (bez luków bagażowych) i porównywalna z Międzynarodową Stacją Kosmiczną. Przy czym modułowa konstrukcja ISS jest zdecydowanie mniej „ustawna” niż wynoszony jako całość Starship.

NASA nie uznała nigdy statku o podobnych gabarytach za wartego choćby analizowania, tym bardziej w kategoriach czegoś możliwego do sfinansowania.

Jego ukończenie przez SpaceX pozwoli, po raz pierwszy w historii, na praktyczną implementację permanentnego ekranowania z użyciem płaszcza wodnego.

‏‎ ‎

Na marginesie…

Najbardziej ambitny (uwzględniając te, które miały choć teoretyczne szanse się ziścić) projekt misji marsjańskiej NASA zakładał nadmuchiwany moduł TransHub o pojemności około trzykrotnie mniejszej – w przeciwieństwie do Starshipa, nie mógłby on jednak wylądować na powierzchni planety.

Koncepcja TransHub została zarzucona przez Kongres, a patenty na technologię kupiła firma Bigelow Aerospace, z zamiarem wykonania prywatnej stacji orbitalnej17 – plany te są jednak dość iluzoryczne (Bigelow Aerospace zakończyła działalność18, lecz swoją stację zapowiedziała, z końcem października, Blue Origin Jeffa Bezosa we współpracy z firmą Sierra Space, która nabyła wcześniej aktywa Bigelow), a na pewno znacznie odleglejsze od testów załogowego Starshipa. Na moment ukazania się tego tekstu, prototyp statku jest już po udanej próbie lądowania z wysokości 10 km, a udany lot orbitalny spodziewany jest w roku 2022. Relacje z bieżących postępów prac publikuję w postaci wpisów zatytułowanych jako aktualizacje z Boca Chica – do przeczytania m.in. tu oraz tu).

Uświadomienie czytelnikowi znaczenia tego przedsięwzięcia dla kształtu całego przemysłu kosmicznego, a tym samym perspektyw eksploracji Układu Słonecznego w pierwszej połowie XXI wieku, stanowi jeden z celów niniejszego cyklu edukacyjnego – jeśli też uważasz zdobywanie tej i innej wiedzy za inspirujące, podziel się nią ze swoimi znajomymi:

Share

‏‎ ‎

Znajdujesz moje teksty wartymi przeczytania?

Przesłanie ich dalej jest najlepszą formą podziękowania za pracę moją oraz zaangażowanych grafików (znajdujące się niżej wizualizacje, w tym animacje 3D, zostały wykonane od podstaw w celu zilustrowania omawianych tu koncepcji).

‏‎ ‎

Naturalnie, bez wglądu do oficjalnych planów, nie można ze 100-procentową pewnością stwierdzić, że SpaceX wykorzysta wodę w podwójnej roli. To jednak wielce uzasadniona teza (prawdopodobieństwo swojej pomyłki w tej materii oceniam na <5%), gdyż w przeciwnym razie zbiornik wody stanowiłby kilkunastotonowy balast, a wykonanie schronu antyradiacyjnego z innych, dedykowanych temu zadaniu materiałów, to dalsze tysiące kilogramów masy, nie pełniącej żadnej, komplementarnej funkcji. Kolejną, istotną zaletą wody jest jej mobilność, umożliwiająca momentalne wypełnienie jedynie tych ścian, które w danym momencie skierowane są w stronę Słońca.

Ciekawym problemem do rozważenia jest natomiast optymalna wielkość schronu – tę determinuje właśnie funkcja ekranowanej przestrzeni na co dzień. Aranżując pokłady mieszkalne statku nie można sobie bowiem pozwolić na marnotrawstwo. Bazując na tym założeniu, możemy sformułować dalsze konkluzje co do specyfiki schronu – powinien on:

• mieścić wszystkie osoby na statku,

• być wyposażony w podstawowe instalacje sanitarne (bywa, że „pogoda słoneczna” nie uspokaja się przez parę dni; np. w okresie najpotężniejszej, zarejestrowanej do tej pory burzy magnetycznej, przez dwie doby utrzymywał się poziom jonizacji uznawany za zagrażający życiu potencjalnym astronautom – tych jednak w 1859 roku nie było19),

• umożliwić spanie w systemie zmianowym.

Zmierzając tym torem rozumowania, możemy dojść do następujących wniosków…

1. Jeżeli schron ma umożliwiać spanie, powinien być wyposażony w standardowe kapsuły sypialne załogi – w ten sposób funkcja powierzchni nie jest dublowana w dwóch miejscach statku, a dodatkowo przez 1/3 doby astronauci są ekranowani, dzięki czemu przyjmują mniejszą dawkę promieniowania w całym okresie trwania misji.

2. Skoro instalacje sanitarne są w schronie potrzebne, analogicznie do punktu pierwszego można uczynić z niego łazienkę. Ma to sens nie tylko pod kątem właściwości antyradiacyjnych wody, lecz również bliskości zbiornika do przyłączy hydraulicznych. Zlokalizowanie łazienki w bezpośrednim sąsiedztwie kabin sypialnych, by po przebudzeniu nie trzeba było pokonywać długiego dystansu w celu porannej toalety, również wydaje się logiczne.

Pytanie brzmi, na co w praktyce pozwala zabierany na Marsa zapas wody. Spróbujemy na nie odpowiedzieć z pomocą uproszczonych wyliczeń – będą to wyliczenia konkretne, acz bazujące na spekulacjach, dotyczących profilu pierwszych misji.

‏‎ ‎

Założenia:

• rozmiar pionierskiej załogi – 24 osoby*

• ilość wody w obiegu zamkniętym statku, z uwzględnieniem skuteczności odzyskiwania 93% (poziom zbliżony do ISS) – 6000 litrów**

• „twarda rezerwa”, przechowywana poza obiegiem i używana wyłącznie w sytuacji awarii systemu recyklingu/filtracji – 10000 litrów***

• czas trwania misji dla jednego statku – 3 lata

• start – 2031 rok

‏‎ ‎

*Liczbę tę uznać należy za dolną granicę – Musk wspominał, w luźnych rozmowach, o 40-50 osobach w pierwszej misji, lecz osobiście będę zaskoczony, jeśli uda się to zrealizować.

**Poziom obliczony jako ekstrapolacja systemu ISS przy założeniu, że średnio przebywa na stacji 4,8 astronautów (dla Starshipa x5); przyjęte zostało działanie systemu (i uzupełnianie niedoborów wskutek utraty 7% zużywanej wody) przez okres trzech lat, czyli podróży w dwie strony oraz dwóch lat na powierzchni planety; jest to asekuracyjne założenie, wedle którego braki nie są uzupełniane na Marsie, tj. wodą spoza statku (potencjalny scenariusz: uszkodzenie powłoki termicznej uniemożliwia lądowanie i Starship musi zostać na orbicie Marsa, w oczekiwaniu na organizację awaryjnego tankowania lub misji ratunkowej innym statkiem załogowym, w kolejnym oknie transferowym).

***Ekstrapolacja (x5) poziomu rezerwy na ISS, pozwalająca funkcjonować załodze przez cały okres tranzytu, również w skrajnie nieprawdopodobnej sytuacji permanentnego uszkodzenia systemu recyklingu na samym początku misji – założenie polega na możliwości uzupełnienia wody u celu podróży (niezależnie od topienia marsjańskiego lodu, zapasy wody pitnej będą oczekiwać na kolonistów, dostarczone przez wcześniejsze loty bezzałogowe), tudzież poprzez awaryjne dokowanie do drugiego statku (wysłanego po otrzymaniu sygnału o kłopotach z filtracją).

‏‎ ‎‏‎ ‎

16 000 litrów łącznie umożliwia wyposażenie statku w efektywny, dwupoziomowy schron antyradiacyjny o kształcie cylindra, którego ściany zawierają aż 15-centymetrową warstwę wody na całym obwodzie (+ podłoga i sufit). Dla porównania, by zatrzymać protony o energii rzędu 100 MeV, wystarczy około 12 centymetrów.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Jednocześnie, na pokładzie ponad schronem cylindrycznym, może znaleźć się dodatkowa „ściana wodna” o analogicznej szerokości.

‏‎ ‎

Zwiększanie grubości ekranowania ponad tę wartość przynosi marginalne korzyści – 15 cm H2O w połączeniu z kompozytowymi ściankami zbiornika gwarantuje wystarczającą ochronę nawet przed potężnymi SPE (najsilniejszy, zarejestrowany od początku lotów kosmicznych rozbłysk byłby dla astronautów niegroźny, zaś burza z roku 1859 skutkowałaby dawką poniżej 100 milisiwertów), a także około dwukrotną redukcję promieniowania na skutek GCR.

‏‎ ‎

To dobre miejsce, by przypomnieć pewną liczbę z pierwszej części artykułu: nałogowy palacz przyjmuje dawkę promieniowania na poziomie 150-200 mSv rocznie (inhalacja polonu). Można więc zaryzykować półpoważną konkluzję, że lecący na Marsa w okresie maksimum słonecznego Starship, byłby dla takiej osoby miejscem terapeutycznym, tj. zapewniającym redukcję doświadczanej przez organizm radioaktywności. Przyjmując, rzecz jasna, że palenie na statku nie będzie dozwolone… A zupełnie poważnie: przyjmując, że palić w podróży międzyplanetarnej nie wolno, nie ulega wątpliwości, iż byłaby ona dla typowego nałogowca terapeutyczna, ponieważ dym papierosowy zwiększa ryzyko śmiertelnego nowotworu około dwudziestokrotnie bardziej (i bynajmniej nie radioaktywny polon jest za to odpowiedzialny) niż promieniowanie kosmiczne w okresie tranzytu. Tym bardziej, jeśli mówimy o podróży Starshipem.

Powyższe estymacje skuteczności ochrony są przy tym nadto konserwatywne, gdyż dotyczą sytuacji, w której płaszcz wodny pełniłby funkcję kadłuba statku (wykres). Tymczasem w naszym modelu (rys. poniżej), ściany schronu nie są eksponowane na próżnię kosmiczną – izolowane są półtorametrową przestrzenią, w okresie tranzytu szczelnie wypełnioną pojemnikami z cargo. Następną „linią obrony” są ściany kadłuba, czyli wielowarstwowa struktura aluminium (w funkcji usztywnienia konstrukcji oraz rusztowania, do którego mocowane są elementy awioniki), tytanu, kevlaru (zatrzymanie mikrometeorów), izolacji termicznej i tworzyw sztucznych. Dopiero na samym końcu, licząc od punktu centralnego, znajduje się stalowe poszycie Starshipa.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Jak wiemy z wcześniejszych akapitów, to wciąż nie wystarczy, by zatrzymać wszystkie wysokoenergetyczne cząstki****, lecz osłonę ponad dwóch metrów różnych materiałów, z czego 15 cm stanowi woda, można z powodzeniem przyrównać do wspomnianej przez Matta Lemke, w kontekście mało realistycznej zachcianki, foot of water (30 cm), która „naprawdę pomogłaby zredukować ryzyko dla astronautów” (a w domyśle: „…ale nie ma sensu tego analizować, ponieważ NASA i tak nie ma jak wynieść takiej ilości wody”).

W dalszej części artykułu przekonamy się również, iż w sytuacji awaryjnej, członkowie załogi mogliby skorzystać z półmetrowej (50 cm) „tarczy wodnej”, bez modyfikacji poniższej propozycji wnętrza statku i bez zwiększania litrażu H2O.

****Większość czytelników zapewne pamięta, że przed promieniowaniem kosmicznym nie chroni nas w stu procentach nawet atmosfera Ziemi, która stanowi ekwiwalent20 2,4 metra ekranowania wodą.

Realistyczna koncepcja schronu antyradiacyjnego

Trzymając się wymienionych wyżej „kryteriów brzegowych”, przyjrzyjmy się hipotetycznemu systemowi ochrony przed promieniowaniem w Starshipie, wraz z jego stroną praktyczną, uwzględniającą codzienne życie na statku.

Co ważne, nie staramy się uprzedzić SpaceX w zaprojektowaniu najlepszego położenia czy rozmiaru schronu – celem wizualizacji w kolejnych akapitach jest przedstawienie teoretycznych możliwości statku przy założeniu, że stałej ochronie załogi przed promieniowaniem zostałby nadany bardzo wysoki priorytet, wyższy m.in. od maksymalizacji przestrzeni użytkowej. W rzeczywistości, podejście takie jest co najmniej wątpliwe, ponieważ zwiększona ekspozycja na GCR przez okres tranzytu nie stanowi realnego zagrożenia (temat rozwinięty już wcześniej), a przeciwdziałanie skutkom SPE nie wymaga ochrony stałej.

Mamy jednocześnie świadomość, że aranżacja pokładów zależeć będzie od bardzo wielu czynników, lwiej części których obecnie nie znamy, gdyż profil misji nie został podany do publicznej wiadomości. Jest zresztą najbardziej prawdopodobne, że pozostaje on wciąż w fazie wstępnych analiz i nie podjęto decyzji odnośnie rozmiarów pionierskiej załogi czy liczby statków z wyposażeniem.

Nie zmienia to jednak faktu, że możemy pokusić się o niezobowiązujące uszczegółowienie pewnych koncepcji, obrazujących jak mógłby wyglądać standard przyszłych podróży na Marsa. A z uwagi na przyjęte we wcześniejszym akapicie założenie, obrazujemy raczej „standard minimum” dla 24 osób – przy takim rozmiarze załogi, poziom „luksusu” (np. wielkość kabin sypialnych) mógłby zostać łatwo podniesiony, kosztem zrezygnowania z pełnego otoczenia astronautów H2O na rzecz ekranowania kierunkowego (tylko od Słońca).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Aspekty funkcjonalne

‏‎ ‎

Przykładowy, cylindryczny schron składa się z dwóch pięter, o łącznej wysokości zewnętrznej 5 metrów i średnicy wewnętrznej 465 cm. Licząc tylko po podłogach, do dyspozycji są więc prawie 34 m².

‏‎ ‎

‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

Na pierwszy rzut oka, 34 m² wydaje się małym metrażem dla 24 osób, lecz stan nieważkości pozwala na korzystanie ze wszystkich powierzchni. Sufity i ściany mogą pełnić rolę podłogi i vice versa.

Również w warunkach ciążenia (Mars) nie występuje problem szczególnej ciasnoty – by to zobrazować, możemy posłużyć się wizualizacją sytuacji awaryjnej (jaka może trwać np. dobę lub dłużej), w której cała załoga statku przebywa jednocześnie na ekranowanym obszarze:

‏‏‎ ‎‎ ‎

Co do zasady, nomenklatura typu schron może nasuwać skojarzenia z miejscem mało przyjaznym, a sama znajomość wymiarów nie gwarantuje prawidłowego wyobrażenia przestrzeni.

Przenieśmy się zatem na Starshipa w jego dziewiczej misji – przedstawiona dalej aranżacja pozwala spędzać w najlepiej zabezpieczonych pomieszczeniach około 1/2 doby (tj. czas snu, toalety, ćwiczeń oraz czasu wolnego, który astronauci mogą poświęcić książce lub odsłuchaniu/nagraniu video-wiadomości), by zminimalizować potencjalnie negatywny, długofalowy wpływ GCR na zdrowie (przy czym nacisk w tym zdaniu należy położyć na słowo „potencjalnie” – w rzeczywistości może się okazać, że takie środki zapobiegawcze nie są potrzebne).

Wszystkie instalacje dostosowane są do wygodnego używania zarówno w mikrograwitacji jak i marsjańskim ciążeniu. Wiele elementów – w ramach punktu odniesienia skali – stanowi „wymiarową kalkę” standardowych urządzeń (w łazienkach są to np. panele prysznicowe, a w garderobie wieszak na koszule).

‏‎ ‎

Prezentowane kadry są jedynie wizją artystyczną, dyktowaną przyjętymi rozmiarami opisanego tu, teoretycznego systemu antyradiacyjnego. Grafiki nie mają związku z oficjalnymi materiałami czy zapowiedziami SpaceX. Twórcą wszystkich, poniższych modeli 3D (opracowanych wg wytycznych projektowych autora) jest Dawid Ryś aka @kotlesny.

UWAGA: kliknięcie otwiera pliki HD w nowej karcie (Flickr.com) – polecam miłośnikom detali:)

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎

Na dolnym, najlepiej ekranowanym (cargo między ścianami cylindra a kadłubem) pokładzie o wysokości 250 cm, znajduje się 12 kabin sypialnych. Ich rozmiary ustępują zaledwie 10 cm międzynarodowym standardom hoteli kapsułowych (patrz zdjęcie21), przy czym relatywna przestronność wnętrza może wręcz być większa, ponieważ astronauci nie są z reguły rekrutowani spośród ludzi bardzo wysokich.

‏‎ ‎

KAPSUŁA SYPIALNA – JASNY WARIANT KOLORYSTYCZNY:

KAPSUŁA SYPIALNA – CIEMNY WARIANT KOLORYSTYCZNY:

‏‎ ‎

Każda kabina przylega bokiem do obwodu schronu, co pozwala na wdrożenie szeregu interesujących rozwiązań z dziedziny estetyki. Widok wody (w większym stopniu niż zieleni) działa kojąco na psychikę, której dobry stan jest kluczowy w środowisku międzyplanetarnym. Sama świadomość bliskości wody, a nawet jej symulowany dźwięk (szum płynącego strumienia, deszcz, fale, etc.) obniża stres, pomaga zasnąć i ma pozytywny wpływ na organizm22. Kapsuły są więc wyposażone w podświetlane, zgodnie z preferencją użytkownika, okno wodne.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Po obu stronach zbiornika (tj. przed nim oraz na tylnej ścianie, 15 cm „głębiej”) znajdują się ekrany – dwa wyświetlacze (w tym przezroczysty OLED na froncie) umożliwiają stworzenie iluzji przestrzenności i symulacji praktycznie dowolnego widoku, np. trójwymiarowej rafy koralowej czy innego krajobrazu ze „złudzeniem dali”.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Powyższą koncepcję obrazuje dodatkowo animacja:

‏‎ ‎

Kapsuła widziana „do góry nogami” oraz w standardowej orientacji:

‏‎ ‎

Co ciekawe, wrażenie kropel deszczu, spływających po szybie okiennej, osiągnąć można z użyciem realnej wody, co w połączeniu z efektami dźwiękowymi zapewniłoby pełną immersję (rzecz jasna, w 2031 roku takie rozwiązanie mogłoby być bezzasadne, z uwagi na perfekcyjną wiarygodność „cyfrowego deszczu”):

‏‎ ‎

W „rogach”, tj. pomiędzy kapsułami sypialnymi, mieszczą się trzy łazienki, każda wyposażona w standardowej wielkości muszlę sedesową, rozkładaną umywalkę i wygodny prysznic (widoczny na grafice panel prysznicowy ma typowe dla „ziemskich łazienek” rozmiary). Umiejscowienie prysznica w jednej kabinie z toaletą, czyli rozwiązanie znane z kamperów oraz spotykane w miastach o bardzo wysokiej cenie metra kwadratowego (np. Hong Kong, gdzie popularność zyskują tzw. „nano-apartamenty”), pomaga w utrzymaniu czystości i jest tym bardziej praktyczne w nieważkości. Co prawda, klasyczny prysznic nie jest w warunkach 0 g potrzebny do odbycia dokładnej kąpieli, lecz przez większość czasu statek będzie zapewniał dach nad głową na Marsie – tam woda płynie „normalnie”, a ochrona przed promieniowaniem wciąż jest pożądana. Stąd design wszystkich pomieszczeń dostosowany jest do orientacji góra-dół.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Słuchawka prysznicowa w podwójnej roli, umożliwiając rezygnację z dedykowanej baterii nad umywalką:

‏‎ ‎

Suszarka na ręczniki (są one dostępne także od góry, przez podłogę pokładu pierwszego):

‏‎ ‎

Mniejsze, trójkątne cargo obok, łączy łazienkę z najwyższą, sąsiadującą z nią kapsułą sypialną i służy jako „winda” do ubrań. Kapsuły dolne oraz środkowe połączone są z łazienką bezpośrednimi, podwójnymi drzwiczkami (ich kontur widoczny jest powyżej, na lustrzanej ścianie po lewej).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Wciąż trudno ocenić przestronność?

Zobacz łazienkę z użyciem widoku 360°.

‏‎ ‎

Ostatni – tj. ten bez łazienki – „róg” między kapsułami pełni dwie role: pojemnej garderoby oraz przejścia do drabiny Pionu B. Garderoba składa się z wysokich szaf po obu stronach Pionu B oraz części wysuwanej (rys. poniżej).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Pion B prowadzi w pierwszej kolejności do łazienki głównej (czwartej), mieszczącej się na poziomie wyżej. „Master bathroom” charakteryzuje się większym komfortem, w postaci wydzielonej umywalki z dużym lustrem (patrz rzut od góry, rys. na początku segmentu), pojemnych szafek i bardziej przestronnej kabiny prysznicowej (brak sedesu).

Mieszczą się tu również dwie konsole sterujące (w sytuacji awaryjnej w 0g konsole można zmienić w pełnowymiarowe fotele z pasami) oraz opcjonalny stolik z rozkładanym siedzeniem dla dwóch osób – gdy nie jest używany, blat przylega do sufitu.

Pozostała część górnego pokładu cylindra poświęcona jest siłowni. Jej zlokalizowanie w obrębie płaszcza wodnego ułatwia uzyskanie maksymalnej efektywności recyklingu potu oraz zapewnia sąsiedztwo „infrastruktury łazienkowej”. Ekranowanie siłowni uzasadnia dodatkowo fakt, że astronauci spędzają w niej istotny odsetek czasu misji – w szczególności w drodze powrotnej na Ziemię, intensywne ćwiczenia fizyczne są konieczne dla ponownego funkcjonowania w warunkach 1 g po wylądowaniu.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Zobacz górny oraz dolny poziom schronu w 360°.

‏‎ ‎

Tu znajdują się też przejścia do pomieszczeń ze skafandrami (a dalej do śluz):

‏‎ ‎

Pion B pozwala wspiąć się jeszcze wyżej i opuścić schron. Zainstalowana ponad cylindrem (pokład drugi statku, licząc pokłady ze schronem jako 0 i 1, gdzie 0 to także ładownia cargo po obwodzie) ściana wodna ma zadanie redukować dawki, przyjmowane przez osoby w kabinach „od góry”, jak i częściowo – w porównaniu z pełnym cylindrem – ograniczać promieniowanie na pokładzie 2, gdzie mieszczą się m.in. gabinet lekarski/sala operacyjna, laboratorium botaniczne oraz kontynuacja siłowni (4 urządzenia).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Dla jeszcze lepszej wizualizacji rozmiarów Starshipa, możemy sobie wyobrazić również poglądowy rozkład pokładu nr 3, restauracyjno-rozrywkowego, zawierającego bar i kuchnię, a także przestronną salę spotkań/gier, którą można wykorzystać w funkcji wykładowej, np. do odpraw przed poszczególnymi zadaniami misji.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Powyżej znajduje się miejsce na pokłady nr 4 (biurowo-laboratoryjny, zapewniający ergonomiczne warunki pracy specjalistom misji) oraz 5 – poziom nawigacyjno-obserwacyjny (mostek/galeria), z najwyższymi sufitami (370 cm). Pokłady te, nie zwizualizowane w artykule, zajmują zwężającą się ku dziobowi części statku, stąd ich średnica jest mniejsza niż pokładów 0-3.

‏‎ ‎

Na marginesie…

Jeśli masz ochotę obejrzeć pokład „restauracyjny” w trójwymiarowym odtworzeniu (o jakości analogicznej do pokazanych wyżej w 3D elementów schronu) lub zwiedzić cały statek w wirtualnej rzeczywistości, napisz na tex.substack@gmail.com.

Przy okazji: masz talent graficzny (2D lub 3D) i chcesz się nim podzielić, pomagając w „ożywianiu” różnych, kosmicznych koncepcji, które tu opisuję? Lubisz ćwiczyć i szlifować umiejętności graficzne, lecz czasem brakuje weny i pomysłów, co modelować? Widoczne tu ilustracje są efektem współpracy kilku kreatywnych osób w celu dostarczenia najwyższej jakości treści. Liczymy na Twoją pomoc – poproś o zaproszenie do naszego elitarnego Discorda:) – wizualizacje do kolejnych artykułów nie wyrenderują się same;)

‏‎ ‎

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Podsumowanie potencjału (plus mobilność wody)

‏‎ ‎

Faktyczna aranżacja marsjańskiego wariantu Starshipa powinna zostać opublikowana na przestrzeni kilku najbliższych lat – jest oczywiście pewnym, że projektanci rozplanują przestrzeń użytkową zupełnie inaczej (i lepiej) niż na przedstawionych ilustracjach. Przykład ten powinien jednak uświadomić każdemu, jak kolosalną zmianą w postrzeganiu kosmicznych podróży jest Starship – cylindryczny schron (łącznie oba poziomy) stanowi poniżej 1/10 (!) objętości pokładów oraz około 1/5 możliwej do wyniesienia na Marsa masy.

Schron jest też jedynie czterokrotnie mniejszy (objętość) od całego, nadmuchiwanego modułu TransHub (największa przestrzeń użytkowa, jaka została kiedykolwiek zaprojektowana w NASA, z myślą o locie międzyplanetarnym), w założeniu mogącego służyć astronautom jedynie w stanie nieważkości (brak opcji użycia w roli bazy po wylądowaniu) i praktycznie pozbawionego ekranowania. Gdyby jednak zachować wysokość cylindra i jednocześnie rozszerzyć go na cały przekrój kadłuba Starshipa, jego objętość byłaby porównywalna z TransHubem.

Odnotujmy także w tym miejscu, że dzięki wykorzystaniu mobilności H2O w połączeniu z pozycjonowaniem statku, możliwe jest czasowe zwiększenie ilości wody pomiędzy załogą a (nad)aktywnym Słońcem. Schemat obrazuje potencjalny system, pozwalający skutecznie neutralizować emisje nawet w razie potężnych rozbłysków.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Rezerwa wody (10 000 litrów) zostaje w nim przepompowana, tworząc obniżony „sufit wodny” o grubości 50 cm (powiększenie o 35 cm w stosunku do sufitu cylindra w normalnej konfiguracji). Standardowy obieg zamknięty funkcjonuje bez zmian, więc wzmocnione ekranowanie przed SPE nie odbywa się kosztem dookólnej ochrony przed GCR ani wyłączeniem wody w łazienkach.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

UWAGA:

Planuję uzupełnić artykuł o suplement, w którym znajdzie się m.in. kilkuminutowa animacja 3D, obrazująca nieukazane wyżej fragmenty wnętrz statku przez pryzmat sytuacji awaryjnej.

‏‎ ‎

Setka pasażerów na statku?

To moment, w którym wypadałoby skomentować fakt, iż ostatnie akapity dotyczą załogi w liczbie dwóch tuzinów, podczas gdy Starship projektowany jest jako statek, zdolny do zabrania na Marsa osób stu.

Co prawda, wskazując 100 osób jako cel, Musk niejednokrotnie zastrzegał, że w pierwszych misjach (tj. póki marsjańska baza nie osiągnie pożądanego poziomu organizacji) załoga będzie zdecydowanie mniej liczna. Czy jednak da się utrzymać relatywny komfort podróży w przypadku setki pasażerów?

Otóż te same wymiary wewnętrzne schronu (które – przypomnijmy raz jeszcze – przyjęte zostały czysto arbitralnie) pozwalają na akomodację dowolnej liczby osób w zakresie:

– do 60 bez zmiany wielkości kabin sypialnych i bez wprowadzania trzeciej zmiany (do 90 w systemie trzyzmianowym),

– do 84 przy niewielkim obniżeniu kabin sypialnych i bez wprowadzania trzeciej zmiany (do 126 w systemie trzyzmianowym)

…i kosztem braku „master bathroom” oraz w pełni ekranowanej siłowni na górnym poziomie (wszystkie urządzenia do ćwiczeń przeniesione na pokład ponad cylindrem, patrz rys. poniżej) – zamiast tego stanowi on kalkę układu poziomu dolnego: razem 6 łazienek w obrębie cylindra (3 na górze i 3 na dole) ze wspólnym „cargo ręcznikowym” (będącym zarazem suszarką) pomiędzy przylegającymi do sobie w osi pionowej łazienkami, tj. nad sufitem każdej łazienki na dole, z dostępem przez podłogę łazienki na górze.

Zachowanie nie-sypialnego poziomu górnego (kapsuły tylko w dolnej części cylindra) oznacza odpowiednio:

– do 36 osób bez zmiany wielkości kabin sypialnych i bez wprowadzania trzeciej zmiany (do 54 w systemie trzyzmianowym),

– do 48 osób przy niewielkim obniżeniu kabin sypialnych i bez wprowadzania trzeciej zmiany (do 72 w systemie trzyzmianowym).

W każdym z ww. układów możliwe jest stosowanie kabin łączonych, tj. dwuosobowych lub – w opcji skonfigurowania kabiny wyłącznie pod kątem stanu nieważkości (co jest racjonalnym rozwiązaniem w sytuacji, w której na Marsie istnieje dedykowana infrastruktura mieszkalna i statek nie musi pełnić roli podstawowego habitatu) – czteroosobowych.

Możliwe są także wszelkie układy hybrydowe, jak dzielenie części kapsuł między dwie, a części między trzy osoby w ramach tej samej misji (np. większe kabiny używane na trzy, a mniejsze na dwie zmiany). SpaceX mógłby też oferować turystom droższe kapsuły osobiste, tj. bez konieczności dzielenia ich ze współpasażerami (opcja swobodnego wybierania godzin snu).

Różne warianty przedstawia tabela:

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Przykładowo, gdyby chcieć zrezygnować z podziału na dwie zmiany w przypadku sugerowanej wyżej załogi 24-osobowej i jednocześnie zachować „master bathroom”, możliwym byłoby zastosowanie wariantu nr 9, z 24 kapsułami na dolnym poziomie schronu. Astronauci mogliby następnie wymieniać się, co umówiony czas, rozmiarami kabiny sypialnej. Alternatywą byłoby podzielenie każdego pionu na jednakowe kapsuły po 66 cm – lecz jeśli wysokość 57 cm wydaje się komuś klaustrofobiczna, warto odnieść punkt widzenia do ISS (na której astronautom zdarzało się przebywać kilkukrotnie dłużej, niż wynosi minimalny okres tranzytu na Marsa), gdzie spanie polega na przypięciu się do ściany w specjalnym śpiworze (kwestia zniwelowania „dryfu” w warunkach braku ciążenia). Z tego względu, przestronność kabin ma znaczenie głównie w momentach używania ich nie do spania, a takich jest stosunkowo niewiele, zwłaszcza w systemie zmianowym.

Naturalnie, maksymalizacja liczby osób na statku rodzi konieczność wyrzeczeń – prawdopodobnie kuchnia z możliwością przyrządzania zróżnicowanych posiłków i serwowania ich w warunkach bliskich restauracyjnym (jak najbardziej możliwe przy 24 osobach) musiałaby ustąpić miejsca „skompresowanym” racjom żywnościowym.

Sam cylinder mógłby zostać umieszczony wyżej (kosztem braku pokładu biurowo-laboratoryjnego, który w wersji 24-osobowej służy pracy badawczej i znajduje się ponad pokładem trzecim), by całą przestrzeń pod nim – tj. pokład 0 – poświęcić windom oraz śluzom, umożliwiającym wygodne przygotowanie się do opuszczenia statku.

‏‎ ‎

Konkluzje i wnioski

Różne konfiguracje statku, rozwijane wraz z postępami prac nad bazą, mogą oczywiście wymagać innych typów schronu i wersji aranżacji wnętrz. Chcąc np. powiększyć chroniony obszar kosztem grubości ekranowania, można umieścić tarczę H2O przy samym kadłubie – pokrycie wodnym płaszczem 100% powierzchni ściany pionowej (tj. od podstawy sekcji załogowej do miejsca, w którym zaczyna się ona zwężać) wciąż zapewnia ponad 6 centymetrów płaszcza przy 16 tys. litrów. W połączeniu z warstwami innych materiałów, które i tak być muszą, gwarantuje to więcej niż satysfakcjonujący poziom ochrony przed większością SPE.

Pokrycie płaszczem nie 100%, a 1/3 powierzchni ściany pozwala uzyskać grubość 15 cm na całej wysokości statku (rys. w prawym, górnym rogu):

‏‎ ‎

Rysunek w dolnym rzędzie po lewej obrazuje ilość wody, która pozwala na pokrycie potrzeb setki osób w okresie tranzytu, jednocześnie oferując 30-centymetrową tarczę przed rozbłyskami – wystarczy ustawić statek rufą do Słońca. Po prawej natomiast widać, dla porównania, 100 ton (!) wody jako 2-metrowej głębokości basen o średnicy 8 metrów (ciekawostka: połączenie dwóch Starshipów dziobami w układzie rotacyjnym, dla uzyskania symulowanej grawitacji, umożliwia zaproponowanie pasażerom takiego basenu… w funkcji basenu).

Oczywiście, w grę wchodzą też rozwiązania hybrydowe: „twarda rezerwa” wody może chronić cienką warstwą (3-5 cm) wszystkie pokłady, a system recyklingu otaczać schron (8-10 cm) w centralnej części statku. Ekranowanie w postaci 3 cm H2O, samo w sobie, zapewniłoby de facto większy poziom ochrony niż w przypadku modułów dowodzenia Apollo (7-10 g/cm²), a także spełniało z nawiązką współczesne wymogi NASA dla misji poza ziemskie pole magnetyczne.

To właśnie doświadczenia zebrane podczas programu księżycowego oraz dokonane wtedy pomiary pozwoliły sformułować wytyczne dla projektów, realizowanych obecnie przez kontraktorów agencji. Najbardziej zaawansowanym23, rozwijanym przez NASA statkiem jest Orion, planowany do wykorzystania zarówno w misjach na Księżyc jak i na Marsa (wraz z dołączaną sekcją mieszkalną, rzecz jasna). Można go zatem traktować jako swoisty „benchmark” tego, co uznawane jest przez ekspertów za wystarczającą ochronę przed promieniowaniem w XXI wieku. Podstawowa „skorupa” Oriona, wykonana ze specjalnie opracowanego stopu aluminiowo-litowego (1-procentowa domieszka litu) ma około 5 cm grubości. Od jej zewnętrznej strony, kapsuła pokryta jest płytami z tytanu (oraz izolacyjnymi), lecz ich funkcja to głównie zabezpieczenie przed uderzeniami mikrometeorów. Pomiędzy tytanowymi płytami a aluminiową ramą znajduje się kilkucentymetrowa przestrzeń, dokładnie wypełniona tymi urządzeniami i systemami statku, które nie muszą znajdować się w części hermetyzowanej.

‏‎ ‎

­‏‎ ‎

Od wewnętrznej strony, kabina załogowa zostanie prawdopodobnie wyłożona cienką warstwą lżejszych kompozytów, co w finalnej konfiguracji oznacza 15-17 cm ściany w przekroju (dokładna specyfikacja konstrukcji Oriona nie została jeszcze opublikowana).

Ciężko sobie wyobrazić, by ściany Starshipa, oddzielające załogę (bardziej liczną niż dowolne, zakładane przez NASA koncepcje) od kosmicznej próżni, miały okazać się cieńsze – zważywszy na średnicę statku oraz fakt, że jego strukturalna wytrzymałość musi zostać zaprojektowana z uwzględnieniem wielokrotnych startów i lądowań, bezpiecznie jest przyjąć, iż będą one około dwa razy grubsze. Prawdopodobnym jest też umiejscowienie różnych przestrzeni cargo (typu szafki z wyposażeniem) po obwodzie statku, by dodatkowo „odgrodzić” pokłady mieszkalne – stąd na rysunkach w artykule przyjęto asekuracyjnie 50 cm ściany (średnica użytkowa nakreślonych wyżej pokładów wynosi 8 metrów).

Reasumując, domniemywać można, iż załoga Starshipa byłaby dobrze (by nie powiedzieć świetnie, gdy przyrównać poziom ekranowania do dowolnej, przygotowywanej w ramach NASA misji) chroniona, nawet bez implementacji płaszcza antyradiacyjnego – w istocie, pomijając ewentualność wyjątkowo energetycznych rozbłysków, typowy poziom promieniowania w tranzycie (i na Marsie, bez żadnego ekranowania) byłby zbliżony do tego, jaki występuje naturalnie w niektórych miejscach na Ziemi, nie wyłączając tych zaludnionych24.

Bezcelowymi są więc próby zgadywania, jaki wariant wykorzystania H2O zostanie ostatecznie uznany za najlepszy: tarcze kierunkowe, ochrona „360 stopni” czy konfiguracje hybrydowe. Gdy tylko pojawią się oficjalne informacje, jak chociażby liczebność załogi, będziemy w stanie lepiej oszacować ilość potrzebnej wody i tym samym możliwości jej użycia jako podstawowego materiału ekranującego. Istnieje też szansa, że szacowanie okaże się zbędne, gdyż SpaceX poda specyfikację statku załogowego, jeszcze zanim poznamy skład osobowy historycznej misji.

W każdym razie możemy być spokojni, że inżynierom nie umknie możliwość wykorzystania wody – tej zabranej z Ziemi i tej, pozyskanej na samym Marsie. Czerwona planeta oferuje jednak więcej skutecznych metod ochrony kolonistów przed promieniowaniem – te przybliżę przy innej okazji.

Standardowo zachęcam do podlinkowania artykułu na kosmicznych grupach tematycznych oraz komentowania – w szczególności jeśli uważasz, że popełniam błąd w rozważaniach lub nie zgadzają się dane liczbowe. Nie wahaj się też zadać pytania, jeżeli cokolwiek wydaje Ci się niejasne (przykładam szczególną uwagę, by przybliżać złożone zagadnienia w maksymalnie przystępny sposób, lecz nie zawsze odnoszę sukces na tym polu, a poza tym nawet pozornie banalne pytanie może rzucić światło na braki w artykule i przyczynić się do ich uzupełnienia w suplemencie).

‏‎ ‎

Leave a comment

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎

Na marginesie…

Pisząc ten oraz poprzednie artykuły, zapoznałem się z ponad setką opracowań naukowych na temat promieniowania kosmicznego, by następnie przełożyć zawarte w nich informacje na możliwie przystępny, ciekawy język – z reguły czytam przy dobrej kawie, dlatego jeśli chcesz zmotywować mnie do czytania i tym samym przyczynić się do powstawania wysokiej jakości treści, rozważ postawienie mi następnej filiżanki:

buycoffee.to/texasbocachica

(rejestracja w serwisie BuyCoffee nie jest wymagana)‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

Z góry dziękuję:)

‏‎ ‎

PS. Fundamentalną dla mnie sprawą jest jednak, by pewna rzecz była jasna: jeśli zastanawiasz się od czasu do czasu, czy stać Cię na latte z pianką, czy może lepiej odmówić sobie wyjścia do kawiarni i zamiast tego opłacić Netflix w terminie, akapit powyżej nie jest adresowany do Ciebie – nie chciałbym wywołać poczucia, że wywierana jest na Tobie jakakolwiek presja. Moje artykuły, w których omawiam zagadnienia związane z eksploracją kosmosu są i będą dostępne bezpłatnie.

Jeżeli natomiast obce są Tobie dylematy z kategorii Netflix czy Starbucks, a chcesz docenić czas, jaki został włożony w tworzenie dostępnych tu wpisów, link wyżej pozwoli Ci na sprezentowanie mi kawy BLIKiem lub w inną, preferowaną metodą.

‏‎ ‎

‏‎ ‎‏‎ ‎

‏‎ ‎

Przypisy:

3

W ewaluacji ofert, złożonych w konkursie na załogowy lądownik księżycowy, SpaceX jako jedyna firma otrzymała od NASA ocenę „outstanding” w kategorii zarządzania:

‏‎ ‎

4

Właściwie, określanie Dr. Zubrina mianem „propagatora misji na Marsa”, zakrawa na niedopowiedzenie – trudno bowiem przecenić wpływ jego myśli na kształtowanie świadomości w tym obszarze.

Jako założyciel międzynarodowej organizacji non-profit The Mars Society (od 1999 roku z oficjalnym oddziałem w Polsce – dzięki wysiłkom organizacyjnym Mars Society Polska wielu naszych naukowców bierze aktywny udział w marsjańskich projektach badawczych) oraz autor koncepcji Mars Direct, której poszczególne elementy były kompleksowo analizowane przez NASA, a częściowo też implementowane w propozycjach budżetowych agencji (można by nawet zaryzykować tezę, że Space Launch System nie otrzymałby finansowania, gdyby nie konsekwentny „lobbing” Zubrina na kolejne administracje w temacie pilnej potrzeby superciężkiej rakiety – jej projekt, oparty na komponentach rodem z programu wahadłowców, został pierwotnie przedstawiony w ramach działań Mars Society), Zubrin od ponad 30 lat walczy „na linii frontu” bitwy o bazę na Czerwonej Planecie.

Jest wielce prawdopodobne, że właśnie Zubrin odpowiada za „zarażenie” Muska wizją podboju Marsa.

Dziś bardzo niewiele osób pamięta, że firma SpaceX założona została jako odpowiedź Muska na pytanie „skąd wziąć tanie rakiety” po tym, gdy na panewce spaliły jego próby zakupienia poradzieckich pocisków balistycznych, z zamiarem ich przerobienia i usprawnienia. Po co Musk, jako młody milioner (jeszcze długo nie miliarder) Doliny Krzemowej, latał do Rosji po rakiety z demobilu? Ponieważ chciał wysłać na Marsa „mini-szklarnię” (projekt ochrzczony przez niego Mars Oasis), dzięki której „życie dotarłoby dalej, niż kiedykolwiek w historii”, co miało rozniecić zainteresowanie szerokiej opinii publicznej eksploracją kosmosu i wywrzeć presję na Kongres, by zwiększyć budżet NASA.

Musk utworzył w tym celu fundację Life to Mars (około rok przed założeniem SpaceX), jednak pomysł wysłania roślin na inną planetę nie pojawił się w próżni: otóż kilka miesięcy wcześniej Musk gościł na gali charytatywnej Mars Society, gdzie momentalnie wzbudził zainteresowanie Zubrina (m.in. przez fakt, że Elon zjawił się z czekiem na 5000 dolarów, tj. 10x koszt wejścia na galę), który wypił z nim kawę przed uroczystym obiadem, a następnie zaprosił do swojego stolika. Tam miejsca zajęli również reżyser (a także znany entuzjasta eksploracji kosmosu i nie tylko) James Cameron oraz specjalistka NASA, dr nauk planetarnych Carol Stoker. Dyskusja toczyła się o konstrukcji przez Mars Society symulowanej bazy marsjańskiej oraz idei wysłania na orbitę żywych myszy w kapsule rotacyjnej.

„Elon był wyjątkowo skoncentrowany na tej rozmowie, to odróżniało go od innych milionerów na gali” – relacjonował później Zubrin – „nie orientował się jeszcze w temacie, lecz myślał jak naukowiec i oczekiwał szczegółowego wytłumaczenia, co planujemy w odniesieniu do Marsa oraz dlaczego jest to ważne”. Tuż po spotkaniu, Musk przelał 100 tys. dolarów dotacji na rzecz Mars Society, zaś Zubrin, widząc w nim potencjalnie kluczowego sojusznika, nominował go do Rady Nadzorczej organizacji.

W świetle tych wydarzeń wydaje się więc dość realistyczne, iż genezą projektu Mars Oasis była chęć Muska, by pchnąć do przodu cele organizacji, której stał się członkiem (być może myszy na orbicie wydały mu się za mało ambitne i mniej medialne niż rośliny na Marsie).

Po tegorocznym, spektakularnym lądowaniu Starshipa (SN15), Zubrin wspominał swoją ówczesną relację z Muskiem następująco:

(…) Pieniądze nie grały dla niego roli. Gdyby chciał zarobić więcej, potrafiłby to zrobić na mnóstwo łatwiejszych sposobów, niż finansując start-up rakietowy – przedsięwzięcie o ogromnym stopniu trudności, niemal skazane na porażkę [przed SpaceX, żadnej prywatnej firmie w historii nie udało się własnym sumptem zaprojektować i sfinansować rakiety orbitalnej – przyp. autora]. Poszukiwał celów o dziejowym znaczeniu. (…) Byłem jednym z tych, którzy przekonywali go, by uczynił z Marsa swoje powołanie.

Cóż, nikt nie może zarzucić Zubrinowi, że w swej argumentacji na rzecz Marsa nie jest przekonujący (zdecydowanie zachęcam do obejrzenia tego 4-minutowego fragmentu wykładu, by na jego podstawie odpowiedzieć sobie, czy coś podobnego, tylko w nieporównywalnie większej dawce, mogło mieć wpływ na młodego Elona…).

Przytoczone wyżej słowa Zubrina znajdują dodatkowe potwierdzenie w dawniejszej wypowiedzi Muska, który przy okazji jednego z wywiadów stwierdził, iż jako wielki miłośnik gier komputerowych (Musk zaprojektował i sprzedał swoją pierwszą, prostą grę w wieku 12 lat, zaś po emigracji do Ameryki, jako student, utrzymywał się m.in. z pracy jako programista dla niewielkiego studia… Rocket Science Games) zawsze chciał je projektować, lecz miał jednocześnie świadomość, że nieważne jak wspaniałe byłyby to tytuły, nie będą mieć żadnego znaczenia w ujęciu historycznym. „Kocham gry, ale nie byłem w stanie traktować takiej drogi poważnie” – wyznał.

Kończąc ten niepoważnie długi przypis (który prawdopodobnie powinien być oddzielnym artykułem) warto zauważyć, że Musk wciąż gości na konwentach Mars Society (przy czym zdjęcie niżej pochodzi z roku 2006 – tu video-rozmowa z Dr. Zubrinem na e-konferencji w 2020). Sfinansowana z jego dotacji, symulowana baza marsjańska na pustyni stale przyjmuje nowe załogi (w tym z Polski), a znajdujący się na jej terenie teleskop słoneczny, The Musk Mars Desert Research Observatory jest dziś administrowany przez Fundację Muska i służy studentom, którzy mogą zarezerwować czas na wykonanie obserwacji on-line (teleskop jest automatyczny i obsługiwany przez Internet).

‏‎ ‎

10

Należy odnotować, że ostrzeganie członków misji przed SPE, zwłaszcza w okresie ich pobytu na Marsie, przedstawia praktyczne trudności, które będą musiały zostać skonfrontowane. Wynikają one z faktu, iż wycelowane w Słońce, ziemskie instrumenty (zarówno teleskopy jak detektory na satelitach, łącznie z tymi w punkcie L1) nie zdają się na nic, jeśli anomalia występuje jedynie po przeciwnej stronie tarczy słonecznej. Problem obrazuje schemat:

Dlatego przed wyruszeniem statków załogowych, pożądane wydaje się uruchomienie jakiegoś rodzaju monitoringu pełnego obwodu Słońcu. Możliwym sposobem rozwiązania problemu jest taktyczne rozmieszczenie satelitów obserwacyjnych (wraz z przekazującymi dane satelitami systemu Starlink – opcja używania usługi SpaceX na Marsie została już zawarta w jej regulaminie i błędem byłoby odczytywać to wyłącznie w kategoriach żartu Muska) na orbicie wokółsłonecznej.

Europejska Agencja Kosmiczna prowadzi obecnie prace nad misją Lagrange (nazwa robocza – trwa proces selekcji nazwy docelowej spośród nadesłanych propozycji), której celem jest „zaparkowanie” dwóch sond w punktach L1 i L5. By uzyskać nieprzerwany ogląd na zachowanie naszej gwiazdy, potrzebne byłoby jeszcze „oko” w punkcie L3, tj. po przeciwnej stronie niż Ziemia. Na dzień dzisiejszy, misja taka nie jest planowana – należy się jednak spodziewać zmiany tego stanu rzeczy, gdy baza na Marsie nabierze realnych kształtów.

21

Kabina hotelu w Szwajcarii:

Jej wymiary zbliżone są do hipotetycznych kapsuł, wrysowanych w plan pokładu Starshipa (przy czym kapsuły na statku charakteryzują się zaokrągloną ścianą, która przylega do cylindrycznego płaszcza wodnego – w najszerszym miejscu, łóżko w projekcie schronu ma 115 cm).

Ku zaskoczeniu wielu branżowych analityków (oraz ku nieco mniejszemu zaskoczeniu osób, śledzących postępy w Boca Chica), Starship okazał się „czarnym koniem” programu Artemis. Firma Elona Muska wygrała konkurs na załogowy lądownik księżycowy, pomimo otrzymania od NASA kilkukrotnie mniejszych środków na badania i rozwój, a także pomimo tego, że SpaceX przystąpił do konkursu jako ostatni, wręcz „rzutem na taśmę”.

Zmodyfikowana specjalnie na potrzeby lądowania na Księżycu wersja statku dość drastycznie odbiegała od określonych przez NASA kryteriów minimalnych przetargu – patrząc na grafikę poniżej, nietrudno zorientować się, że konkurencja SpaceX zdecydowała się podążyć ścieżką „tradycyjną”, tj. odpowiadającą typowym wyobrażeniom o tym, jak powinien wyglądać lądownik, pół wieku po Apollo.

‏‏‎ ‎

‏‏‎ ‎

Naturalnie, nie można się temu dziwić – zespoły Dynetics i National Team zaproponowały koncepcje takie, jakich należało się spodziewać po inżynierach tzw. „Old Space”. Początkową przychylność obserwatorów zyskał zwłaszcza projekt Dynetics, za sprawą nie-modułowej konstrukcji, pozwalającej na start lądownika w całości i jego ponowne wykorzystanie, a także umiejscowieniu części załogowej nisko nad gruntem, w przeciwieństwie do „podejrzanie” wyglądającej drabiny* w koncepcji NT:

‏‏‎ ‎

‏‏‎ ‎

Poza drabiną, wątpliwości NASA wzbudzał fakt jednorazowości modułu lądownika NT – mimo to, Jeff Bezos (właściciel firmy Blue Origin, będącej liderem „Zespołu Narodowego”, a szerzej znany jako założyciel i główny udziałowiec Amazon) do ostatniej chwili wydawał się być bardzo pewny siebie. Jeszcze w grudniu, Bezos opublikował na swoim koncie Instagram krótkie video z próbnego odpalenia silnika BE-7, nazywając go „silnikiem, który zabierze pierwszą kobietę na powierzchnię Księżyca”. Co znamienne, komentarz ten nie zawierał trybu przypuszczającego, co wpisuje się w inne wypowiedzi Bezosa o programie Artemis – w jego percepcji, Blue Origin/National Team był zdecydowanym faworytem przetargu. Podobną sytuację mogliśmy obserwować parę lat temu w przypadku Boeinga i kapsuły Starliner – ówczesny CEO Boeinga obiecywał, że Starliner „zapewni ciągłość dostaw na ISS” oraz „wyniesie na stację pierwszą załogę w 2019”. Podobnie jak w przypadku lądownika dla Artemis, wtedy również SpaceX otrzymał znacznie mniej (ponad 2 miliardy USD różnicy) środków na opracowanie kapsuły Dragon (choć ta mieści maksymalnie dwie osoby więcej niż Starliner). Jak wiadomo, Dragon zaopatruje obecnie ISS regularnie, zarówno w misjach cargo, jak załogowych. W tym kontekście, inna opinia szefa Boeinga, dotycząca tego, jakoby „rakieta SLS jako pierwsza posłużyła do postawienia stopy na Marsie” brzmi niemal jak oficjalne potwierdzenie, że na czerwonej planecie szybciej wyląduje załogowy Starship…

Wracając do HLS – SpaceX otrzymał w pierwszej turze finansowania 135 milionów dolarów, czyli 4x mniej niż National Team oraz około 2x mniej niż Dynetics. W kolejnej, decydującej fazie przetargu, firma Muska również zaoferowała bezkonkurencyjną cenę (3 miliardy dolarów różnicy) oraz dużą elastyczność harmonogramu płatności. O nieporównywalnie większych możliwościach technicznych lądownika nie wspominając. Dodatkowo, w cenie zawarte jest przeprowadzenie lądowania demonstracyjnego.

W obliczu tak ogromnej przewagi nad dwoma pozostałymi propozycjami, NASA nie miała innego wyboru, jak ogłosić SpaceX zwycięzcą konkursu, co prawdopodobnie należy również interpretować jako sygnał, że agencja wesprze Muska w jego planach marsjańskich. Starship w wersji księżycowej jest bowiem konstruowany niejako „przy okazji”, a środki NASA powinny w istotny sposób przyśpieszyć rozwój statku, np. w zakresie certyfikacji do lotów załogowych. Kolejnym potwierdzeniem zaangażowania agencji jest wcześniejsze przyznanie SpaceX grantu o wysokości 50 mln dolarów na demonstrację orbitalnego transferu paliwa (ten jest niezbędny, by Starship mógł wykonać założenia programu Artemis), przed końcem 2022 roku .

Starship gotowy do ponownego użycia po udanym locie – wyczekiwany przełom kampanii testowej

19 dni po ogłoszeniu wyników konkursu HLS, prototyp Starshipa o oznaczeniu SN15 wniósł się na wysokość 10 km, a następnie wykonał w pełni kontrolowany lot na lądowisko, by zakończyć go miękkim przyziemieniem:

Share

Bezpośrednio po lądowaniu Musk poinformował, że telemetria statku jest „nominalna”, a parę dni później oświadczył na Twitterze, że SpaceX może spróbować ponownego wystrzelenia SN15. Obecnie statek przechodzi inspekcję i czeka na instalację nowych silników. Raptory użyte do lotu zostaną prawdopodobnie poddane szczegółowym oględzinom, w celu wykrycia ewentualnych problemów z ich ponownym wykorzystaniem – docelowo, silniki mają pozwalać na co najmniej 100 lotów bez konieczności serwisu.

‏‏‎ ‎

Na marginesie...

Warto odnotować, że kilka dni po lądowaniu Starshipa, swoje dziesiąte, miękkie lądowanie zaliczył booster Falcon 9.

‏‏‎ ‎Gdy Starship osiągnie oczekiwany przez SpaceX poziom niezawodności, rakiety serii Falcon zostaną wycofane (Starship może jednorazowo wynieść tyle satelitów Starlink, ile 7 Falconów, a 7 startów Falcona to 7 utraconych drugich stopni – w przypadku systemu Starship, żaden element rakiety nie jest planowo tracony), nie licząc lotów kapsuł Dragon na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Z czasem jednak, Starship w wersji załogowej uczyni również Dragona kosztowo nieefektywnym.

‏‏‎ ‎

SN15 jest początkiem nowej serii prototypów, w których zaimplementowane zostały „setki poprawek”, w porównaniu z poprzednimi czterema modelami testowymi.

Z racji, iż żaden z poprzednich statków nie przetrwał (patrz video wyżej), SN15 jako pierwszy pozwolił inżynierom SpaceX na analizę stanu testowych płytek izolacji termicznej, niezbędnej do ponownego wejścia w atmosferę – Starship ma wracać na Ziemię w sposób analogiczny do wahadłowca kosmicznego, dlatego wytrzymałość mozaiki, złożonej z tysięcy heksagonalnych płytek ma kluczowe znaczenie. Uszkodzenia tej powłoki mogłyby w przyszłości stać się przyczyną katastrofy podobnej do tej, w której życie straciła siódemka astronautów promu Columbia.

‏‏‎ ‎

‏‏‎ ‎

Większość poszycia gotowego statku pokryta zostanie płytkami, tj. połowa kadłuba oraz powierzchnie aerodynamiczne. Będziemy to mieli okazję zobaczyć już w najbliższych miesiącach, gdyż sukces ostatniego lotu pozwala zakładać, iż lada moment nastąpi „przeskok” do modelu SN20 – szykowanego jako pierwsza konfiguracja zdolna do osiągnięcia orbity, z pomocą stopnia nośnego SuperHeavy. Mamy do czynienia z analogiczną sytuacją jak ta, w której udany lot SN8 (priorytetem było wtedy przetestowanie awioniki statku i jego zachowania w fazie spadku swobodnego) spowodował anulowanie modeli SN12-14. Tym razem „przeskoczone” mogą zostać modele SN17-SN19, a nawet SN15-16. Pewnym jest tylko, że plany SpaceX są bardzo płynne (wspomniany wyżej tweet Muska wskazuje jedynie na pewną ewentualność, nie definitywny plan ponownego użycia SN15).

Wieża startowa i pierwszy test lotu orbitalnego

Próba wystrzelenia Starshipa na orbitę nie może odbyć się bez ukończonej wieży ze zintegrowanym dźwigiem, który umieści SN20 na stopniu nośnym – ta blisko 150-metrowa konstrukcja budowana jest obecnie w zawrotnym tempie, obok potężnej platformy startowej, na której stanie niedługo booster SuperHeavy. Poniżej zdjęcia w kolejności chronologicznej (od 12 marca do końca kwietnia – obecnie kilka gotowych segmentów wieży czeka na montaż):

‏‏‎ ‎

Wciąż brakuje oficjalnych danych od SpaceX, w jaki dokładnie sposób działać ma eksperymentalny system przechwytywania lądującego SuperHeavy podczas jego lądowania. Powinno to jednak stać się jasne w okresie kilku miesięcy, gdy wieża zostanie wyposażona w ruchome „elementy łapiące”. Ogólne założenia systemu „odwieszania” rakiety na wieży opisywałem w jednym z poprzednich wpisów.

Z opublikowanego dziś wniosku do FCC o zgodę na dziewiczy lot orbitalny wynika natomiast, iż nie zakończy się on próbą łapania boostera – SuperHeavy ma wodować w oceanie, podobnie jak sam Starship, jeśli uda mu się wrócić z orbity w jednym kawałku (co stoi pod sporym znakiem zapytania – Musk liczy się z utratą kilku prototypów, zanim wejście w atmosferę zostanie opanowane).

Subskrybuj moje artykuły, aby być na bieżąco z dążeniami Elona Muska do lotu na Marsa i „uczynienia ludzkości gatunkiem międzyplanetarnym”.

Subscribe now

*Dla osób, które zastanawiają się, jak w takim razie wychodzi się ze znacznie wyższego Starshipa, zamieszczam oficjalną wizualizację windy – spostrzegawczy zauważą, że lądownik wygląda inaczej niż na grafice z początku artykułu (inne położenie paneli słonecznych, mniej okien, więcej dysz silników pod dźwigiem), co najlepiej świadczy o dynamice rozwoju projektu przez SpaceX w toku konsultacji z NASA.

Koniec zimy w Boca Chica – jak na Teksas wyjątkowo intensywnej w tym roku – przynosi nam, zgodnie z oczekiwaniami, wiele ekscytujących informacji.

Wszystko wskazuje też, że rok 2021 będzie obfitował w szereg przełomowych momentów dla całego przemysłu kosmicznego oraz taniej turystyki kosmicznej – bądź na bieżąco z moim newsletterem i otrzymuj następne aktualizacje bezpośrednio na maila.

Subscribe now

3 wyzwania, 3 najbliższe miesiące

Na początku drugiego tygodnia lutego, obserwujący Elona Muska na Twitterze mogli dowiedzieć się, co spędza obecnie sen z powiek założycielowi SpaceX, który w charakterystyczny dla siebie sposób (czyli bardzo zwięźle i rzeczowo) nakreślił kluczowe priorytety odnośnie programu Starship.

Są to:

1. Wieża startowa zdolna do umieszczenia Starshipa na SuperHeavy (stopień nośny systemu Starship, czyli tzw. booster).

2. Wyprodukowanie silników Raptor w liczbie pozwalającej na lot orbitalny (booster + Starship = 28 + 6 = 34 silniki).

3. Redukcja masy całego systemu.

Przeanalizujmy, dlaczego Musk zdecydował się ustalić priorytety w taki właśnie sposób…

Ad. 1 – wieża.

Pod pojęciem wieży, Musk ma na myśli 140-metrową konstrukcję, w której zintegrowane zostaną systemy tankowania, ładowania, przechwytywania lądującego boostera (patrz mój poprzedni artykuł), a także – co najważniejsze – dźwig, zdolny do umieszczenia Starshipa na szczycie stopnia nośnego.

Zapewne powodem, dla którego Musk umieścił tę pozycję na górze listy priorytetów jest fakt, że Starship osiągnął już teoretyczną gotowość do lotu na orbitę: etap wznoszenia przebiegał do tej pory w sposób całkowicie kontrolowany, zaś zdolność uwieńczenia misji miękkim lądowaniem nie jest bynajmniej SpaceX niezbędna – wszak po pierwsze, cała konkurencja korzysta wciąż z rakiet jednorazowych, a po drugie, zbudowany niemal w całości ze stali nierdzewnej Starship jest relatywnie tani, więc użycie go do wyniesienia satelitów Starlink (projekt globalnego Internetu jest dla płynności finansowej SpaceX absolutnie esencjonalny), nawet za cenę ewentualnej utraty statku, jest i tak bardziej opłacalne niż wielokrotny start Falcona 9 (który musiałby wystartować aż 7 razy, by wynieść analogiczną liczbę Starlinków).

Przyśpieszenie prac nad wieżą startową (będzie ona najprawdopodobniej budowana trybem ciągłym, począwszy od marca) może oznaczać, że sprawdzają się moje wcześniejsze spekulacje, iż prototyp SN15 szykowany jest, w pierwotnym założeniu, jako demonstrator lotu orbitalnego – wkrótce przekonamy się, czy zostanie on wyposażony w pełną izolację termiczną (do tej pory, wszystkie modele miały montowane jedynie nieliczne płytki izolacyjne, w ramach testów wytrzymałości łączenia), co definitywnie potwierdziłoby takie plany po stronie SpaceX.

Zakładając powyższy scenariusz, najbliższy harmonogram testów przedstawiałby się następująco:

• lot testowy SN11 na 10 km (SN11 będzie najpewniej transportowany na platformę startową dziś, czyli w poniedziałek),

• skok próbny SuperHeavy z użyciem 4 silników,

• równoległa kampania testowa SuperHeavy (kolejne silniki dokładane w miarę postępu testów) oraz SN15, który musiałby zostać, jako pierwszy Starship, wyposażony w docelową liczbę 6 silników, tj. 3 standardowe i 3 zoptymalizowane do działania w próżni.

Alternatywnie może się okazać, że SpaceX nie planuje czekać na ukończenie wieży startowej i suborbitalne testy Starshipa będą kontynuowane wg dotychczasowego rygoru, niezależnie od sukcesu lotu SN11 (przypomnijmy w tym miejscu, że prototypy o numerach seryjnych 12-14 zostały anulowane, więc z SN11 „przeskakujemy” od razu do SN15).

Uzupełnieniem wieży jest tzw. orbitalna platforma startowa, która w przeciwieństwie do używanych do tej pory platform, zostanie wyposażona w mechanizmy tłumienia fali uderzeniowej, generowanej przez 28 silników stopnia nośnego.

Prace nad platformą nabrały dynamiki w ostatnich tygodniach – gotową konstrukcję (nie licząc wszelkich przyłączeń) możemy się spodziewać ujrzeć w maju/czerwcu, zważywszy na narzucone przez Muska tempo.

Ad. 2 – Raptory.

Produkcja silników również znacząco przyśpieszyła – ma to związek z faktem, że do lotu SN10 wykorzystany został Raptor o numerze 50, czyli pierwszy, w konfiguracji produkcji seryjnej (nie-testowej). Pozwala to stwierdzić szacunkowo, iż czas konstrukcji jednego silnika wynosi obecnie 3-4 dni, a może nawet mniej (brak oficjalnych danych na ten temat), zaś jego koszt powinien już spaść poniżej 1 mln dolarów (po zoptymalizowaniu linii produkcyjnej, celem SpaceX jest osiągnięcie poziomu 250 tys. dolarów).

Nie wiemy, ile Raptorów jest obecnie „odłożonych” na potrzeby SuperHeavy, lecz druga pozycja na liście priorytetów Muska wskazuje jasno, że SpaceX nie dysponuje jeszcze ich kompletem. Przy założeniu tempa produkcji 2 silniki/tydzień oraz przyjmując, czysto hipotetycznie, że silników dla SuperHeavy jest obecnie wyprodukowanych 4 (gdyż z taką ich liczbą booster wykona pierwszy skok), SpaceX potrzebuje odebrać z taśmy 24 nowe silniki na przestrzeni najbliższych 12 tygodni.

W mojej osobistej ocenie, zbiega się to w czasie z terminem ukończenia wieży startowej. Jest też realistyczne, że produkcja Raptorów może zostać przyśpieszona do poziomu 3 silników na tydzień – docelowo bowiem SpaceX zamierza osiągnąć tempo jednego silnika na dobę.

Ad. 3 – masa.

Tu wydawałoby się, że nie ma o czym pisać ani czego tłumaczyć, aczkolwiek warto spojrzeć na liczby, gdyż te wymykają się czasem intuicji. Obecnie SpaceX przeprowadza testy nowego stopu stali, z zamiarem zredukowania grubości zbiornika paliwa z 4 do 3 mm. Nie brzmi jak drastyczna zmiana, lecz wielkość Starshipa bywa w takich momentach zdradliwa – ten 1 mm stali (na samym zbiorniku!) przekłada się na około (choć to obliczenia „na serwetce”) 7-8 ton masy. Gdyby analogiczną zmianę zastosować w zbiorniku SuperHeavy, mówimy oszczędności rzędu 20 ton na całym systemie. Dla porównania, 7-metrowy moduł Międzynarodowej Stacji Kosmicznej „Columbus” waży 10 ton.

Natomiast udźwig Falcona 9 na niską orbitę okołoziemską to niecałe 23 tony.

Do tego pamiętajmy, że oszczędność masy na grubości zbiornika to jedynie jedna z wielu możliwości „odchudzenia” rakiety – m.in. w tym celu zaprojektowany został też mechanizm łapania boostera w locie, dzięki czemu zbędne staną się masywne „nogi”. Brak nóg do lądowania zapewne oznacza kolejne tony oszczędności – można więc pokusić się o stwierdzenie, że takie „odchudzenie” systemu względem pierwotnego projektu to „dodatkowy Falcon 9” przy okazji każdego startu, co na rynku przekłada się na ponad 50 mln dolarów. Nic więc dziwnego, że związane z redukcją masy działania znalazły się na liście „TOP 3” Muska, w przeciwieństwie do chociażby niezawodnych lądowań.

A skoro już przy lądowaniach jesteśmy...

Ustane lądowanie Starshipa

Trzeciego dnia marca, prototyp SN10 zaprezentował pierwsze w historii programu lądowanie z wykorzystaniem udanego manewru „belly flop” (obrót statku z pozycji poziomej, z jaką kończy on etap hamowania atmosferycznego, analogicznie do promu kosmicznego, do pionowej, by mógł przyziemić na słupie rakietowego ognia, co stanowi pionierskie podejście SpaceX). Najlepiej jednak przekonać się na własne oczy:

Tu natomiast kompleksowe omówienie i świetnie zmontowane ujęcia z wielu kamer, wraz z porównaniem wcześniejszych prób (SN8 oraz SN9):

Niestety, udany „belly flop” i ustabilizowanie statku przed ostatnim etapem przyziemienia nie wystarczyło do uratowania prototypu – po kilku minutach od lądowania, na skutek zbiegu kilku różnych komplikacji (głównie za niskiego ciągu silnika, który spowodował zbyt mocne uderzenie o ziemię i w rezultacie wyciek paliwa), SN10 eksplodował. Pozytywem wydaje się natomiast stan Raptorów (zdjęcie poniżej), który powinien pozwolić zespołowi SpaceX na zebranie wielu przydatnych danych.

Starbase, Texas

Lądowanie Starshipa wyznacza bezsprzecznie kamień milowy na drodze realizacji wielkich wizji Elona Muska, lecz testy prototypów to jedynie element dobrze naoliwionej maszyny SpaceX. Spójrzmy, jak zmieniło się wybrzeże w Boca Chica na przestrzeni zaledwie dwóch lat (zdjęcia w wysokiej rozdzielczości):

2019

2021

Musk przy każdej okazji podkreśla, że nie skonstruowanie Starshipa postrzega za najtrudniejsze wyzwanie na drodze do stworzenia bazy na Marsie, a wybudowanie efektywnej fabryki Starshipów. Stałe przyśpieszanie tempa produkcji nowych modeli już teraz powoduje wystąpienie nietypowego (nieznanego wcześniej w przemyśle kosmicznym) problemu, w postaci braku przepustowości w ich testowaniu na poziomie infrastruktury naziemnej. Budowa orbitalnej platformy startowej wraz z wieżą jest teraz priorytetem, lecz jedna platforma stanowić będzie „wąskie gardło” dla startów.

W tym celu SpaceX przerabia obecnie (pisałem o tym więcej tu) dawną platformę wiertniczą na kosmodrom do startów z oceanu (platforma ochrzczona Phobos ma szanse być gotowa do końca roku), lecz to również nie wystarczy.

Dlatego SpaceX przedłożył z końcem zeszłego roku plany na znaczące rozbudowanie swojego ośrodka testowego w Boca Chica. Został też złożony wniosek o utworzenie w tym miejscu nowego miasta o nazwie „Starbase, Texas”, do którego SpaceX mógłby sprowadzić dalsze tysiące pracowników.

Na rysunku technicznym zaznaczone zostało miejsce powstania drugiej platformy orbitalnej oraz kolejnego lądowiska.

Odnotujmy zatem, że w toku są już działania (minimum natury formalnej) na pięć orbitalnych platform, a mianowicie: dwie w Teksasie, dwie na oceanie i jedna na Florydzie (starty dla NASA).

Kolejność zyskiwania zdolności operacyjnej platform stanowi zagadkę – stosunkowo pewnym możemy być tylko dwóch pierwszych pozycji, mianowicie:

1. Teksas A (połowa roku)

2. Platforma Phobos (koniec roku)

Pozostałe 3 platformy, czyli „Teksas B”, platforma Deimos oraz platforma na Florydzie będą prawdopodobnie powstawać równolegle. W każdym razie, pięć platform powinno pozwolić na płynne starty. Dodajmy, że w Teksasie plan zagospodarowania przestrzeni przewiduje łącznie 4 platformy, lecz dwie z nich służyć mają jedynie do startów suborbitalnych – będą one wykorzystywane do startów Starshipów na oceaniczne kosmodromy (tak, to jest sposób Muska na transport rakiet na platformy).

Kolejną, wartą wspomnienia instalacją, która ma się pojawić w sąsiedztwie nowych platform startowych jest kriogeniczny destylator powietrza.

Podobna instalacja, aczkolwiek w postaci wieży destylacyjnej (ta planowana będzie raczej zorientowana poziomo), znajduje się już na terenie budowy Starshipów. Widoczna na zdjęciu, czarna wieża dosłownie zasysa atmosferę i zamienia ją w paliwo rakietowe. Powietrze jest schładzane do bardzo niskich temperatur, by uzyskać ciekły tlen oraz azot, który następnie używany jest też jako chłodziwo do skraplania metanu.

Zbliżony mechanizm pozwoli również tankować statki na Marsie, przy czym tam z atmosfery będzie zasysany dwutlenek węgla, a tlen pozyskiwany z zamrożonej w okolicach biegunów H2O.

#DearMoon

Jak zapewne większość czytających wie, pierwszą, w pełni komercyjną i cywilną misję statkiem Starship wykupił Japończyk Yusaku Maezawa (który wspomógł również cały projekt gotówką w początkowej, newralgicznej fazie, co istotnie pomogło Muskowi w jego realizacji) – drugiego marca ruszyła globalna (dostępna dla każdego, kto czuje się artystą i uważa, że tygodniowy rejs dookoła Księżyca pomoże mu w rozwinięciu skrzydeł) rekrutacja ósemki współpasażerów Maezawy.

Każdy może się zarejestrować na stronie:

https://dearmoon.earth/

Rejestracja jest bezpłatna – wszystkie koszty pokrywa Maezawa.

Ciekawi Cię, kto trafi ostatecznie na listę pasażerów? Zostaw maila poniżej, a na pewno tej informacji nie przegapisz;-)

Subscribe now

Podaj artykuł dalej, by chętni na księżycowy rejs z Maezawą nie stracili swojej szansy na rejestrację (tylko do 14 marca!) – dlaczego w gronie 8 pasażerów Starshipa miałoby nie być artysty z Polski?

Share

Masz pytania dot. programu Starship lub planów stałej bazy na Marsie, którą SpaceX zamierza zacząć budować jeszcze w tej dekadzie? Pisz śmiało – postaram się zaspokoić Twoją ciekawość.

Leave a comment

Początek 2021 roku przynosi nam wiele nowych informacji o programie Starship, którego rozwój konsekwentnie nabiera tempa.

Na moment publikacji wpisu jesteśmy tuż przed testowym lotem prototypu SN9, którego celem będzie przede wszystkim historyczne dla całego projektu lądowanie ze spadku swobodnego, tj. poprzedzone manewrem zwanym „belly flop”, podczas którego Starship wykonuje, nisko nad ziemią, gwałtowny obrót z pozycji poziomej do pionowej, by osiąść powoli na ogniu silników Raptor, w sposób zbliżony do pierwszego stopnia rakiety Falcon.

Udane lądowanie Starshipa byłoby niewątpliwie „wisienką na torcie” styczniowych postępów zespołu w Boca Chica, lecz nawet w przypadku przesunięcia testu na początek lutego, nikt nie powinien narzekać na stagnację.

Styczeń rozpoczął się zaskakującym tweetem Elona Muska, w którym CEO SpaceX nonszalancko oznajmił, że booster SuperHeavy (planowany jako najpotężniejsza rakieta nośna w historii) nie będzie lądować analogicznie do Falconów, lecz zostanie przechwycony w locie przez ramię wieży startowej.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Dzięki temu możliwe stanie się delikatne i bardzo precyzyjne umieszczenie SuperHeavy na platformie startowej, pozwalające momentalnie podłączyć booster do infrastruktury tankowania. Równolegle, zintegrowany z więżą dźwig będzie mógł już montować drugi stopień (czyli statek Starship) – wg Muska, cała procedura ma być możliwa do przeprowadzenia w ciągu godziny.

Mechanizm przechwytywania boostera nie został jeszcze oficjalnie zaprezentowany – Musk ujawnił jedynie, że znajdujące się w górnej części rakiety lotki sterujące zostaną wzmocnione i posłużą za „haki”, którymi lądujący SuperHeavy wceluje w „mechanizm łapiący” wieży startowej, by zawisnąć nad ziemią.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Takie rozwiązanie ma dwie podstawowe przewagi nad „klasycznym” przyziemieniem:

1. pozwala zrezygnować z masywnych nóg do lądowania (duża oszczędność paliwa);

2. redukuje obciążenia konstrukcji na osi pionowej, ponieważ opierając wagę rakiety na „wieszaku”, da się płynnie amortyzować jej zatrzymanie, używając w tym celu mechanizmu absorpcji zintegrowanego z więżą.

Już po dwóch dobach od tweeta Muska pojawiło się w sieci wiele sugestii, jak mechanizm łapania boostera miałby wyglądać.

Tu np. użytkownik Twittera proponuje wykorzystanie lin do zamortyzowania lądowania:

‏‎ ‎

By dowiedzieć się, na ile powyższa koncepcja bliska jest wizji Muska, będziemy jednak musieli poczekać do publikacji oficjalnych animacji. Nie jest wykluczone, że inżynierowie SpaceX sami jeszcze nie wiedzą, jaka dokładnie metoda będzie optymalna.

Natomiast testowanie różnych rozwiązań na zasadzie „rozpoznania walką” jest największą „siłą napędową” SpaceX. Takie właśnie podejście zaowocowało wykorzystaniem stali (zamiast włókna węglowego, tytanu czy specjalnych stopów aluminium) jako głównego materiału konstrukcyjnego Starshipa – dzięki temu kolejne prototypy mogą powstawać w bezprecedensowym tempie, a modyfikacje wcześniejszych założeń wdrażane są niezwykle (jak na branżę kosmiczną) szybko. Dlatego też implementacja rozwiązania problemu, który odpowiadał za awarię silnika SN8 w ostatniej fazie lądowania (spadek ciśnienia w zbiorniku ciekłego metanu), mogła być wdrożona w SN9, choć ten był już niemal ukończony.

Grudniowy sukces testu SN8 [link prowadzi do oficjalnego video SpaceX – można się z niego dowiedzieć, dlaczego test był sukcesem, pomimo braku miękkiego przyziemienia] sprawił jednak, że zespół ma obecnie dużą pewność, iż najdalej lot SN10 (a wiele wskazuje, że już SN9) zakończy się udanym zweryfikowaniem założeń projektowych w kontekście kontroli nad lotem, a optymalnie również miękkim lądowaniem – przekonanie o prawidłowości obranego kierunku jest na tyle duże, że SpaceX zdecydował się na przerwanie konstrukcji SN12. Obecnie scenariuszem najbardziej prawdopodobnym jest dokończenie SN11 i „przeskok” od razu do SN15.

‏‎ ‎

Na marginesie…

Pominięcie w lotach SN13 oraz SN14 było przeze mnie prognozowane przy okazji rozważań na moim tagu autorskim na Wykop.pl, lecz rezygnacja z SN12 to spore zaskoczenie – być może (ale to czysta spekulacja) niektóre jego komponenty zostaną poddane „recyklingowi” i wykorzystane w późniejszych prototypach lub do ukończenia makiety Starshipa w wersji lądownika księżycowego:

Nie jest wykluczone, że SpaceX będzie kontynuował prace nad „księżycowym Starshipem” niezależnie od finansowania NASA (agencja powinna w lutym* ogłosić finalistów przetargu na lądownik programu Artemis – obecnie o miejsce w finale konkurują 3 firmy), chcąc wykonać bezzałogowe lądowanie na srebrnym globie bez oglądania się na administrację USA oraz jej aktualne plany.

*update: termin został przesunięty na kwiecień.

*update 2: NASA wybrała Starshipa jako lądownik załogowy programu Artemis!

‏‎ ‎

SpaceX będzie zatem dysponować dwoma (lub trzema, jeśli SN9 przetrwa swój lot – to może się okazać w ciągu kilkunastu godzin od publikacji wpisu) prototypami w wersji przed-orbitalnej. Jeśli bowiem przyjąć uzasadnione założenie, że SN15 montowany jest jako pierwszy Starship, mający wystartować na szczycie SuperHeavy (którego montaż ukończony jest obecnie w około 80%, a zatem ujrzymy go w całej okazałości najpóźniej w marcu), to głównym zadaniem modeli 15-17 w kontekście rygoru testów będzie przetrwanie lotu orbitalnego. [EDIT – aktualizacja marcowa: wiadomo już, że dziewiczy lot orbitalny ma planowo wykonać SN20, modele SN9-SN11 nie przetrwały prób swoich lądowań, natomiast SN15 wyznacza początek kolejnej generacji prototypów, znacząco usprawnionej w stosunku do modeli SN8-SN11 oraz wykorzystującej nowe, produkcyjne wersje silników Raptor.]

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Jest to oczywiście znacznie większe wyzwanie technologiczne niż lądowanie z wysokości kilkunastu czy kilkudziesięciu kilometrów. Zasadnicza różnica polega na kontrolowanym wyhamowaniu z prędkości orbitalnej, czyli ponownym wejściu w atmosferę pod odpowiednim kątem. Przy pierwszej próbie okaże się, czy eksperymentalne płytki izolacji termicznej dobrze spełniają swoją rolę (mocowanie warstwy termoizolacyjnej było wcześniej przyczyną tragicznej w skutkach katastrofy promu kosmicznego Columbia – podobna awaria w locie załogowym byłaby niewątpliwie poważnym ciosem dla SpaceX).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Zaliczenie przez Starshipa orbity w tym roku byłoby ogromnym sukcesem i ważnym kamieniem milowym dla całego przemysłu kosmicznego.

Sukces na tym polu pozwoli też zespołowi SpaceX skupić się na następnym, trudnym wyzwaniu inżynieryjnym, jakim jest planowany na 2022 rok orbitalny transfer paliwa, niezbędny w lotach na Księżyc oraz Marsa – na opracowanie tej technologii firma Muska otrzymała też grant od NASA, która wiąże ze Starshipem własne plany (NASA planowała wstępnie użyć statku Dragon w wersji bezzałogowej oraz rakiety Falcon Heavy do wyniesienia ładunku na Marsa – tzw. misja Red Dragon – lecz Musk szybko doszedł do wniosku, że znacznie sensowniej będzie przeznaczyć te środki na „nowy, znacznie potężniejszy system”, jak ówcześnie opisywał Starshipa).

Starty z wody

W styczniu zostały też przez SpaceX zakupione dwie, „emerytowane”, oceaniczne platformy wiertnicze. Po ochrzczeniu ich Phobos i Deimos (tak, jak dwa marsjańskie księżyce) zostaną przekształcone w platformy dla Starshipa.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Co warte podkreślenia, platformy te nie będą stanowić analogii do bezzałogowych „barek”, wykorzystywanych już z powodzeniem do lądowania stopni nośnych Falconów. System Starship zakłada nie tylko lądowania, ale też starty z wody, a starty to cała infrastruktura paliwowa oraz dziesiątki osób personelu, który będzie prawdopodobnie zakwaterowany na platformie lub wspomagającym ją statku.

Koncepcja startów z oceanu nie jest przełomowa – w 1999 zrealizowana została pierwsza misja rosyjskiej rakiety Zenit z platformy Odyssey, która była operacyjna do 2014 roku, zaś w grudniu 2020 roku właściciel zapowiedział jej modernizację i wznowienie misji.

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Jakkolwiek starty z oceanu są technologicznie i logistycznie bardziej skomplikowane, oferują szereg zalet:

• platforma może zostać umieszczona dokładnie na równiku, gdzie wystrzelona rakieta zyskuje najwięcej prędkości kątowej tytułem rotacji Ziemi (co równa się większemu udźwigowi), a dodatkowo nie trzeba zużywać paliwa na korygowanie pozycji względem równoleżników, by dostarczyć ładunek na orbitę geostacjonarną (pozwala to wynieść nawet o 25% cięższy ładunek w porównaniu ze startem z Przylądka Canaveral);

• startując z równika można osiągnąć każdą płaszczyznę orbitalną, co dla SpaceX będzie szczególnie istotne pod kątem efektywnego rozmieszczenia satelitów Starlink;

• przestrzeń powietrzna nad platformą może być łatwo wyłączona z ruchu lotniczego – praktycznie nie istnieje ryzyko przypadkowego jej naruszenia, co skutkowałoby koniecznością wstrzymania procedury startu (tak, jak miało to miejsce przy okazji testowego lotu SN8, już w trakcie przedstartowego odliczania).

‏‎ ‎

Phobos i Deimos będą musiały zostać gruntownie przebudowane na potrzeby misji Starshipa, lecz w przyszłości należy spodziewać się więcej podobnych zakupów przez SpaceX – dwie platformy to jedynie początek, zważywszy na ambitne plany wykorzystania Starshipa do lotów typu Ziemia-Ziemia, po trajektorii balistycznej.

SpaceX planuje w ten sposób umożliwić kiedyś pasażerskie kursy pomiędzy kluczowymi metropoliami:

‏‎ ‎

#DearMoon

Zanim jednak będziemy mogli oglądać pasażerskie loty Starshipem pomiędzy Nowym Jorkiem a Tokyo, na podróż wokół Księżyca wybierze się miliarder z Japonii, Yusaku Maezawa, który wsparł finansowo projekt Starship w jego wczesnej fazie. W rejs Starshipem Maezawa planuje zabrać artystów, reprezentujących różne dziedziny kultury i sztuki.

W ramach tego przedsięwzięcia styczeń także przyniósł pewne „medialne ożywienie”, choć powiązanie jest jedynie pośrednie, a właściwie potencjalne – mianowicie Jimmy Donaldson (znany też jako Mr Beast), jeden z najbardziej popularnych wśród młodej demografii youtuberów na świecie, rozpoczął szeroko zakrojoną akcję promocyjną, polegającą na możliwości umieszczenia na Księżycu dowolnego zdjęcia/filmu w formie cyfrowej, za kwotę 10 dolarów.

Na ten moment nie istnieje, co prawda, żadne oficjalne połączenie inicjatywy Donaldsona z Maezawą, lecz nie jest wykluczone, że wystąpi tu jakaś koordynacja, w celu inspiracji młodego pokolenia Księżycem oraz lotami w kosmos ogółem. Takie spekulacje uzasadnia fakt, że Maezawa obserwuje Donaldsona na Twitterze, a obserwuje on obecnie 100 osób, czyli relatywnie niewiele.

Tego, czy w istocie szykuje się tu jakiś rodzaj współpracy przy promocji #DearMoon możemy się jeszcze długo nie dowiedzieć. Przez kilka dni jednak wielu Internautów sugerowało, że Donaldson zostanie wręcz zaproszony jako uczestnik misji, co samo w sobie mogło wywołać pewną „presję” na Japończyku, by proces „rekrutacji” jego przyszłych współpasażerów nabrał w 2021 roku jakiejś dynamiki, a może również transparentności. Tym bardziej, że Maezawa zaliczył już w swoim kraju pewien „falstart”: najpierw ogłosił produkcję reality show, którego celem miało być wyłonienie 1 partnerki jego historycznej podróży, a gdy już zgłosiło się ponad 27 tys. chętnych kobiet, Maezawa wycofał się z pomysłu i przeprosił za „zamieszanie”.

Czy 2021 przyniesie choć jednego, potwierdzonego współuczestnika misji #DearMoon? Jeśli tak, to na pewno dowiecie się tego z mojego newslettera:)

‏‎ ‎

Wystarczy zostawić maila, by najwygodniej śledzić postępy w rozwoju projektu Starship, innych przedsięwzięć SpaceX (z kolonią marsjańską na czele), a także zdobywać wiedzę z zakresu nauki i technologii, kluczowych dla międzyplanetarnych misji załogowych, jakich prawdopodobnie będziemy świadkami w tej dekadzie.

‏‎ ‎

Subscribe now

‏‎ ‎

Masz pytania lub uważasz, że w moim wpisie znajduje się błąd/informacja nieprawdziwa? Nie wahaj się – napisz komentarz.

‏‎ ‎

Leave a comment

1. Infografika, w bardzo czytelny sposób obrazująca różne dawki promieniowania oraz ich efekt na ludzki organizm – link

   

2. Materiał edukacyjny, stworzony głównie z myślą o nauczycielach i uczniach gimnazjum, by mogli efektywnie przyswoić wiedzę o promieniowaniu. 93 strony klarownie wyłożonej nauki oraz interesujących ciekawostek – link

   

3. Prezentacja NASA, dotycząca wpływu promieniowania na zdrowie astronautów. Wiele bardzo konkretnych danych na 25 slajdach – link

   

Warto też podać Substack swojego maila – grafika w ramach zachęty:

Share

Subscribe now

Link do pobrania pliku znajdziesz na mailu – jeżeli nie widzisz go w “odebranych”, sprawdź folder “spam” lub “oferty” (w razie niepowodzenia, napisz do mnie na tex.substack@gmail.com).

Miłego czytania i do zobaczenia przy okazji następnego wpisu:)

PS.: Podoba Ci się ten artykuł? Rozważ podzielenie się nim na swoich kanałach social-mediowych – kto wie, może wśród Twoich znajomych również znajdą się osoby zainteresowane zagadnieniem kosmicznych podróży? Nie szkodzi sprawdzić –wspomożesz w ten sposób ideę całego przedsięwzięcia:)

Odkąd Elon Musk, założyciel i zarazem główny inżynier firmy SpaceX, roztoczył wizję stałej osady na Marsie, temat wyzwań, towarzyszących przedsięwzięciu tej skali, przebija się powoli (acz konsekwentnie) do medialnego mainstreamu.

‏‎ ‎

Ostatnie sukcesy kampanii testowej (zachęcam obejrzeć video w całości) eksperymentalnego statku Starship, zdolnego na przestrzeni użytkowej około 1000 m³ zabrać na Marsa kilkudziesięciu astronautów w komfortowych warunkach, pozwalają patrzeć na plany Muska z rosnącym optymizmem.

Tymczasem w dyskusjach – najczęściej tych internetowych – dot. przyszłej marsjańskiej bazy, jak również długich, załogowych misji kosmicznych ogółem, regularnie przewija się problematyka promieniowania kosmicznego oraz jego szkodliwości dla ludzkiego organizmu. Sam termin „promieniowanie kosmiczne” brzmi złowrogo, stąd jest często używany przez laików w ramach kwestionowania sensu pozaziemskich kolonii.

Przyjrzymy się więc bliżej temu zagadnieniu – niniejszy wpis (stanowiący część pierwszą cyklu, przybliżającego naukę oraz technologię przez pryzmat „nowego wyścigu kosmicznego”, który nabiera właśnie tempa za sprawą prywatnych inicjatyw, ze SpaceX na czele) ma na celu przystępne omówienie następujących kwestii:

• czym jest promieniowanie kosmiczne i co jest jego źródłem;

• czemu nie słyszy się o jego szkodliwości w kontekście ludzi na Ziemi, która wszak też jest w kosmosie;

• jakie skutki dla zdrowia wywołuje ekspozycja na promieniowanie ogółem, po jakim czasie oraz czy są to skutki nieodwracalne;

• na jakie dawki promieniowania narażeni będą astronauci w misji na Marsa i czy zagrażają one jej powodzeniu.

W kolejnym wpisie skupimy się natomiast na:

• teoretycznych i praktycznych metodach ochrony astronautów przed promieniowaniem

• rozwiązaniach inżynieryjnych dla statku oraz habitatów bazy marsjańskiej, ze szczególnym uwzględnieniem koncepcji Starship i planów kolonizacyjnych SpaceX.

Zapraszam:)

Co naukowcy nazywają promieniowaniem kosmicznym?

Najkrótsza odpowiedź: to zależy.

Termin ten jest bowiem używany do opisu całej gamy zjawisk, w zależności od kontekstu. Tu natomiast skupimy się na takim promieniowaniu kosmicznym, przed którym należy chronić astronautów przez wzgląd na ich zdrowie oraz zdolność do wykonywania zadań misji.

Tak zdefiniowane promieniowanie kosmiczne to po prostu promieniowanie jonizujące, którego źródło nie jest na Ziemi. O promieniowaniu jonizującym mówimy, gdy wypromieniowana cząstka niesie ze sobą na tyle dużo energii, że zderzając się z materią na swej drodze może ją nieco „sponiewierać” (tj. wpłynąć na jej strukturę molekularną, np. „odrywając” elektrony od danej molekuły). Jest to, rzecz jasna, opis uproszczony, lecz taki właśnie w zupełności wystarczy nam do dalszych rozważań.

Jako ludzie, musimy się wystrzegać takich silnie naładowanych cząstek, gdyż są one w stanie przeniknąć do wnętrza naszych komórek oraz mechanicznie uszkodzić podwójną helisę DNA, a komórki pozbawione instrukcji zakodowanej w genach „nie wiedzą, co mają robić” i mogą w rezultacie stać się np. komórkami nowotworowymi (gdy utracone zostaną wytyczne, kiedy mają przestać się dzielić) lub zupełnie obumrzeć. Tu warto uświadomić sobie, że nasz układ odpornościowy codziennie „czyści” organizm z takich niesprawnych komórek, lecz ma w tym działaniu ograniczone „moce przerobowe”, różne u danego człowieka, w zależności od jego ogólnej kondycji zdrowotnej.

Jeżeli dany materiał emituje takie wysokoenergetyczne cząstki, nazywamy go promieniotwórczym.

Pod tym względem, specyfika promieniowania kosmicznego nie różni się zasadniczo od wielu źródeł ziemskich, na które ludzie są codziennie narażeni – od palenia papierosów (inhalacja radioaktywnego polonu-210, bombardującego następnie płuca promieniowaniem cząstkami alfa, tj. jądrami helu) po przejście przez bramkę na lotnisku. Łatwo się jednak domyśleć, że nie specyfika promieniowania ma tu kluczowe znaczenie, a jego dawka, którą najczęściej mierzymy w siwertach (Sv). Przykładowo, ratownicy interweniujący na miejscu katastrofy reaktora elektrowni Fukushima Daiichi mogli przyjąć ponad 600 mSv, czyli 600 milisiwertów (dla porównania, palenie 1,5 paczki papierosów dziennie to dawka około 160 mSv rocznie).

Słońce zaś to wielki reaktor termojądrowy, który naturalnie także wypromieniowuje we wszystkich kierunkach naładowane cząstki, głównie protony i elektrony. Tak zwany wiatr słoneczny „wieje” cały czas – Słońce traci w ten sposób 4-5 mln ton materii na sekundę – aczkolwiek z różną intensywnością. Kwestię 11-letniego cyklu aktywności słonecznej, wpływającego na tzw. pogodę kosmiczną, na ten moment pominiemy (wrócimy do niej niedługo).

Cząstki pochodzące ze Słońca, w naszym otoczeniu najliczniejsze, to nie jedyne składowe promieniowania kosmicznego. Przez Układ Słoneczny w każdym momencie przelatują również cząstki wyemitowane w centrum Drogi Mlecznej, przez supernowe (a dokładniej, pozostawione po eksplozjach supernowych, potężne pola magnetyczne), a nawet takie, które swoją podróż zaczęły dosłownie „dawno, dawno temu w odległej galaktyce”. Co więcej, te poza-słoneczne (oraz poza-galaktyczne) promieniowanie zawiera też cząstki o gigantycznych energiach1, całe rzędy wielkości większych niż te, emitowane przez naszą gwiazdę.

Co nas chroni?

‏‎ ‎

Naszą pierwszą i najważniejszą linią obrony przed tego rodzaju promieniowaniem jest ziemskie pole magnetyczne, które „odchyla” wiatr słoneczny. Mówiąc precyzyjniej, dipol magnetyczny Ziemi powoduje, że trajektoria naładowanych cząstek ulega zmianie i docierają one do atmosfery w okolicach biegunów. Dlatego w rejonie koła podbiegunowego możemy obserwować zorze – efekty świetlne są wynikiem kontaktu promieniowania jonizującego z górnymi warstwami atmosfery, gdzie jej atomy są wzbudzane, czego skutkiem jest emisja fotonów (barwy zorzy zależą od tego, jakie gazy zostały wzbudzone, co jest z kolei pochodną „stopnia penetracji” atmosfery przez cząstki wiatru słonecznego).

Drugą linią obrony jest właśnie atmosfera – te cząstki z kosmosu, które przedostają się przez „tarczę” pola magnetycznego, zderzają się z cząstkami w górnych warstwach atmosfery i rozpadają w całą kaskadę kolejnych cząstek (w ten sposób wytracana jest ich pierwotna energia) – nazywamy je wtórnym promieniowaniem kosmicznym. Każdy dostaje skromną jego dawkę (personel pokładowy linii lotniczych adekwatnie większą), analogicznie jak przyjmujemy jonizujące promieniowanie z szeregu innych źródeł pochodzenia ziemskiego. Łącznie otrzymujemy ze źródeł naturalnych około 3 mSv rocznie.

Podróże międzyplanetarne

Jak rysuje się kwestia promieniowania w przypadku przyszłych misji kolonizacyjnych?

Podstawowa różnica polega, co powinno być już jasne, na opuszczeniu przez statek kosmiczny ochronnego „pola siłowego” ziemskiego magnetyzmu, które w znacznym stopniu ochrania np. Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS), ale już nie Księżyc.

Nasuwa się zatem pytanie: co konkretnie grozi astronautom, lecącym na Marsa? Jaką dawkę promieniowania przyjmą?

Zanim sformułujemy odpowiedź, warto jeszcze „odhaczyć” jedną, ważną kwestię: Słońce nie promieniuje w sposób jednostajny. Jeśli wciąż czytasz ten tekst, prawdopodobnie nie jest Ci obcy termin „burza magnetyczna” (czasem zwana też burzą słoneczną) – w istocie, naszej gwieździe zdarzają się czasem „nerwowe dni”, podczas których jej aktywność znacząco przekracza normę. Podczas okresów podwyższonej aktywności bywa, że turbulencje pola magnetycznego Słońca wyrzucają w stronę Ziemi (jeśli ta akurat przypadkowo znajduje się w niefortunnym miejscu swej orbity) duże ilości materii słonecznej; czasem tak duże, że ziemska magnetosfera nie jest sobie w stanie z nią „poradzić”. Dzieją się wtedy rzeczy dziwne. Na niebie w Bieszczadach pojawiają się zorze polarne, występują problemy z łącznością radiową, w przypadkach ekstremalnych satelity mogą ulec uszkodzeniu lub doświadczyć nieplanowanych zmian trajektorii (może się to skończyć ich przedwczesnym spaleniem w atmosferze), a nawet instalacje naziemne mogą zostać zniszczone (co miało już miejsce2 i kwestią czasu jest, jak stanie się ponownie).

‏‎ ‎

‏‎ ‎

Teoretycznie, potężny, „wycelowany” w Ziemię koronalny wyrzut masy (tak brzmi bowiem nazwa fenomenu) mógłby spowodować globalne w skali kataklizmy naturalne, lecz tego rodzaju wątki nawiązują do naszych obecnych rozważań jedynie w takim sensie, iż pozaziemskie przyczyny (zbłąkane planetoidy, rozbłyski gamma, itd.) w istocie mogą być odpowiedzialne za globalne kataklizmy i właśnie dlatego ludzie powinni dążyć, by stać się gatunkiem międzyplanetarnym jak najszybciej.

Wracamy więc do naszych astronautów...

Ustaliliśmy wyżej, że mogliby się oni obawiać trzech rodzajów zjawisk, z których każde mieści się w pojemnej definicji „promieniowania kosmicznego”. Są to:

• naładowane cząstki niesione przez tzw. wiatr słoneczny;

• (bardzo) wysokoenergetyczne cząstki spoza naszego Układu Słonecznego, a nawet z odległych galaktyk;

• okazjonalne burze magnetyczne i towarzyszące im wyjątkowo silne (acz krótkie) rozbłyski na Słońcu.

Zważywszy na fakt, że zjawisko ostatnie jest okazjonalne i może nie wystąpić przez dłuższy okres wcale, a nawet jak wystąpi, to rozbłysk bynajmniej nie musi być po tej samej stronie Słońca co marsjański statek, poziom jego wpływu na zdrowie załogi omówimy na końcu (a wnioski mogą być dla niektórych zaskakujące).

Natomiast pozostałe dwa fenomeny są relatywnie stałe w swej naturze (uwzględniając jedenastoletnie cykle słonecznej aktywności), a zatem możemy w odniesieniu do nich posługiwać się konkretnymi liczbami, choć konieczne będzie sformułowanie pewnych założeń wyjściowych.

Nie musimy jednak spekulować – wszak odbywaliśmy już podróż na Marsa wielokrotnie, a naukowcom organizującym misje nie umknęło na szczęście, że warto dokonać po drodze pewnych pomiarów.

I tak np. sonda Mars Science Laboratory (MSL), wystrzelona w 2011 roku w celu dostarczenia na Marsa łazika Curiosity, miała na pokładzie detektor promieniowania RAD (Radiation Assessment Detector).

Zakładając, że MSL byłaby statkiem załogowym, a podróż na Marsa trwała 6 miesięcy (może trwać krócej, zależy to od wzajemnego położenia planet), każdy członek załogi przyjąłby w tym czasie około 300 mSv.

‏‎ ‎

Na marginesie…

Dla porównania, ekspozycja na 350 mSv stanowiła kryterium relokacji ludzi z terenów dotkniętych opadem radioaktywnym po katastrofie w Czarnobylu. Przy czym fakt relokacji danego człowieka, w ramach wysiłków zmierzających do ograniczenia skutków zdrowotnych eksplozji reaktora, nie oznacza jeszcze, iż odczuwał on później jakiekolwiek reperkusje zdrowotne (wg raportu WHO z 2006 roku, w grupie 600 tys. osób najbardziej narażonych na napromieniowanie po katastrofie, odnotowano 4 tys. więcej zgonów na raka, niż wskazywałaby statystyka).

Dawkę 100 mSv rocznie uznaje się za najniższy poziom, powyżej którego wpływ promieniowania na zwiększenie ryzyka choroby nowotworowej jest ewidentny. I tu znowu pamiętajmy: zwiększenie ryzyka wystąpienia nowotworu nie jest jednoznaczne z jego wystąpieniem (bardzo wiele zależy od trybu życia danej osoby).

Idąc dalej, przyjmowanie takiej dawki przez 10 lat, czyli sumarycznie 1000 mSv (1 siwert), statystycznie u pięciu osób na sto byłoby główną przyczyną wykształcenia przez organizm śmiertelnego nowotworu w okresie następnych lat po zakończeniu ekspozycji. Przyjęcie tej samej dawki (1 siwert) jednorazowo wywoła (po około miesiącu) objawy choroby popromiennej, w pełni jednak uleczalnej. W scenariuszu, w którym dana osoba posiada zawczasu wiedzę o swojej ekspozycji na promieniowanie, jego skutki można częściowo ograniczać metodami farmakologicznymi. Pięć siwertów spowoduje chorobę popromienną, z której (z pomocą medyczną) wyjdzie więcej niż co druga osoba (w pozostałych <50 procentach przypadków choroba będzie z czasem śmiertelna). Dziesięć siwertów zabije napromieniowaną osobę w prawie każdym przypadku (>99%), niezależnie od udzielonej pomocy medycznej, w około dwa tygodnie.

‏‎ ‎

Konieczne jest jednak odnotowanie trzech rzeczy:

• powyższa wartość nie uwzględnia rozbłysków słonecznych (tych w okresie 253 dni tranzytu Ziemia-Mars RAD zarejestrował łącznie 5);

• poszycie sondy jest bardzo cienkie – ekranowanie przed promieniowaniem w statku bezzałogowym ma na celu ochronę jedynie najbardziej wrażliwej elektroniki;

• za praktycznie 100% ww. dawki odpowiadają wysokoenergetyczne cząstki spoza Układu Słonecznego – ogromna większość cząstek pochodzenia słonecznego (nie licząc silnych rozbłysków) ma zbyt niską energię, by spenetrować nawet cienkie poszycie sondy.

Uświadomienie sobie konsekwencji ostatniego punktu jest kluczowe dla właściwego zrozumienia problematyki. Przyjrzyjmy się najpierw maksymalnym, dopuszczalnym przez NASA dawkom promieniowania dla astronautów w okresie całej kariery (różnice wynikają z faktu, że przyjęcie dużej dawki w młodym wieku może np. przyczynić się do rozwoju nowotworu kilkadziesiąt lat później):

Dodatkowo, stosowany jest maksymalny limit roczny w wysokości 500 mSv.

Powyższe limity mają znaczenie przy planowaniu misji na ISS – jej moduły są jednak znacznie lepiej ekranowane niż w przypadku sondy MSL, a poza tym stacja orbituje na tyle blisko Ziemi, że chroniona jest przez jej pole magnetyczne. Oznacza to w praktyce, że prawie żadne cząstki pochodzące ze Słońca, nawet podczas jego silnych rozbłysków, nie przedostają się do jej wnętrza. By proton promieniowania kosmicznego „sięgnął” astronautów wewnątrz ISS, penetrując najpierw pole magnetyczne Ziemi, jego energia powinna wynosić powyżej 150 MeV, a tymczasem nawet silne burze słoneczne rzadko emitują cząstki o energii znacznie przekraczającej 100 MeV.

Co więc napromieniowuje astronautów?

Cząstki spoza Układu Słonecznego – te same, które napromieniowują też nas, tylko w znacznie mniejszym stopniu, z uwagi na atmosferę. Te wysokoenergetyczne cząstki nie dają się łatwo zatrzymać, lecz planując długie kosmiczne misje, można minimalizować ich wpływ. I to jest moment, w którym wracamy do 11-letniego cyklu aktywności słonecznej.

Spadki Forbusha

Wiemy już, że ziemskie pole magnetyczne osłania nas przed wiatrem słonecznym. To samo zjawisko działa również w większej skali – pole magnetyczne Słońca osłania cały Układ Słoneczny przed promieniowaniem galaktycznym (te będziemy nazywać od teraz GCR, od Galactic Cosmic Rays). Wraz ze wzrostem aktywności naszej gwiazdy (ta mierzona jest z reguły liczbą tzw. plam słonecznych), której maksimum przypada co 11 lat, natężenie jej pola magnetycznego odchyla coraz więcej cząstek, dzięki czemu penetracja przestrzeni międzyplanetarnej przez GCR jest mniejsza. Zdecydowanie mniejsza: różnica w dawkach promieniowania pochodzenia galaktycznego w okresach słonecznego minimum i słonecznego maksimum może być nawet ponad dwukrotna (siła “słonecznej tarczy” determinuje nie tylko liczbę cząstek GCR, lecz również ich średnią energię), a to ma zasadniczy wpływ na kosmiczne podróże.

‏‎ ‎

Co więcej, koronalne wyrzuty masy (zdarzające się w okresach szczytowej aktywności Słońca regularnie) niosą ze sobą „bańki” własnego, silnego pola magnetycznego, dodatkowo „osłaniając” przestrzeń na swojej drodze przed intruzami spoza Układu Słonecznego.

‏‎ ‎

To tak zwany efekt Forbusha, znany nauce już od roku 1937 i rejestrowany później nawet przez odległe sondy Pioneer.

Wnioski

Efekt Forbusha ma bardzo istotne, praktyczne znaczenie dla przyszłych astronautów w marsjańskich misjach – przed cząstkami emitowanymi przez „niespokojne” Słońce stosunkowo łatwo się chronić (różne metody ekranowania statku omówimy przy okazji następnego wpisu), a jego zwiększony wtedy magnetyzm znacząco redukuje napływ cząstek GCR, przed którymi chronić się o wiele trudniej. Konkluzja jest jasna – na Marsa najlepiej latać w okresach słonecznego maksimum, pomimo tego, że potencjalnie groźnych rozbłysków jest wtedy zdecydowanie najwięcej.

Rzut oka na wykres słonecznej aktywności pozwala stwierdzić, że dla SpaceX idealnie byłoby zdążyć z pierwszą misją załogową na okno transferowe (te pojawiają się co 26 miesięcy, w związku z mechaniką orbitalną obu planet) w roku 2024 lub 2026 – tuż przed lub tuż po prognozowanym maksimum 25 cyklu słonecznego.

‏‎ ‎

Wyposażeni w nową wiedzę, wracamy do pomiarów wykonanych przez instrumenty sondy MSL – lecąc w momencie wzrostu aktywności cyklu 24 (ten został oficjalnie uznany za zakończony w grudniu 2019), ale nie w jego maksimum, RAD rejestrował średnio 1,75 mSv dziennie na skutek GCR. Dodatkowo wykrył 5 rozbłysków słonecznych o łącznej dawce promieniowania 25 mSv. Gdyby przelot przypadał na maksimum cyklu, średnia dzienna dawka wynosiłaby około 1 mSv na skutek GCR, lecz należałoby się spodziewać większej liczby rozbłysków (byłyby one też statystycznie silniejsze). Przyjmując sześciomiesięczny okres trwania misji, bezpiecznym założeniem jest w tym przypadku dodatkowe 100 mSv na skutek rozbłysków.

Oznacza to, że nawet gdyby nie ekranować astronautów przed rozbłyskami (powyższe liczby dotyczą bowiem wartości zarejestrowanych przez detektor bezzałogowej sondy), sumaryczna dawka promieniowania w maksimum cyklu i tak byłaby mniejsza, niż w warunkach rzeczywistego przelotu MSL. Zaś ochrona astronautów przed słonecznymi rozbłyskami jest nie tylko technicznie wykonalna, co wręcz relatywnie prosta. Tym bardziej, że cząstki emitowane przez rozbłyski nie poruszają się z prędkością światła (jak komunikacja radiowa z Ziemią), a wolniej – w praktyce oznacza to, że załoga statku otrzyma informacje o ryzyku z dużym wyprzedzeniem (z reguły od kilkudziesięciu minut do kilku godzin). Dzięki temu nie zachodzi konieczność ekranowania całego statku – wystarczy, by załoga miała do dyspozycji „opancerzony” schron, w którym przeczeka słoneczną zawieruchę (te trwają najczęściej od kilkunastu do kilkuset minut).

Różnym rozwiązaniom inżynieryjnym w tym zakresie przyjrzymy się w następnej części cyklu.

Po wylądowaniu na Marsie

‏‎ ‎

Analogiczne wnioskowanie możemy z powodzeniem odnieść do samej bazy marsjańskiej – tam jednak sytuacja jest nieco lepsza, ponieważ po pierwsze Mars posiada atmosferę (aczkolwiek znacznie gorzej chroniącą przed promieniowaniem niż ziemska), a po drugie koloniści będą narażeni na burze słoneczne jedynie w okresie marsjańskiego dnia (w nocy oddziela ich od Słońca cała planeta). Niestety, pole magnetyczne Marsa jest śladowe z uwagi na brak aktywnego jądra, stąd średnia dawka promieniowania „na poziomie morza” jest większa niż na ISS – wg danych z RAD średnio 0,7 mSv dziennie.

Metodom wykorzystania rzeźby marsjańskiego terenu w celu ograniczenia wpływu cząstek GCR oraz innym koncepcjom, mitygującym ryzyko dla ludzi na Marsie, poświęcony zostanie odrębny wpis na Substack.

Już teraz jednak rekomenduję zostawić Substack swojego maila (Substack nie wysyła spamu ani ofert) – zainteresowani subskrybenci otrzymają niniejszy artykuł w formie zredagowanej „gazetowo”, uzupełniony o źródła danych i obszerną bibliografię (30 pozycji). Możesz też zasubskrybować, by okazać swoje wsparcie dla popularyzacji wiedzy naukowej:)

Subscribe now

Masz pytania dotyczące tego wpisu lub uważasz, że znajduje się w nim błąd?

Nie wahaj się zostawić swojego komentarza:

Leave a comment

Przypisy

Przybliżam naukę, technologię, wyzwania i rozwiązania w kontekście międzyplanetarnych misji oraz kosmicznej inżynierii.

Subscribe now