[SpaceX] Aktualizacja z Boca Chica -2-
Podsumowanie lutego + pierwsze lądowanie Starshipa
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.
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:
Wieża startowa zdolna do umieszczenia Starshipa na SuperHeavy (stopień nośny systemu Starship, czyli tzw. booster).
Wyprodukowanie silników Raptor w liczbie pozwalającej na lot orbitalny (booster + Starship = 28 + 6 = 34 silniki).
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:
Teksas A (połowa roku)
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:
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;-)
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?
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.