Ponad siedem miesięcy minęło od ostatniego lotu największej rakiety w historii ludzkości. SpaceX ogłosił datę dwunastego lotu testowego Starshipa na 21 maja, między 00:30 a 02:00 czasu polskiego. Długie oczekiwanie ma jednak swój powód – w tym starcie weźmie udział nowy wariant rakiety Starship w wersji Block 3.
O ile nie nastąpią nieprzewidziane zmiany, które można śledzić w kalendarzu AstroNETu, 21 maja będzie debiutem nowo wyprodukowanego modułu Super Heavy Booster 19 jak i Ship 39, startujących ze świeżo oddanego Starbase Pad 2. Z uwagi na dużą liczbę zmian konstrukcyjnych rakiety i padu startowego nie będzie próby ponownego lądowania w bazie. Oba człony Starshipa powrócą na Ziemię, przeprowadzając kontrolowane wodowanie. Zanim jednak będzie to miało miejsce, w trakcie lotu sprawdzone zostaną liczne ulepszenia wprowadzone do wersji 3 systemu. W założeniu mają one zbliżyć konstruktorów do celu utworzenia w pełni wielokrotnego użytku i szybkiej do przygotowania między lotami rakiety zdolnej przeprowadzać tankowanie w przestrzeni kosmicznej, dostarczać liczne satelity na orbitę oraz przewozić ludzi i ładunki na Księżyc i Marsa.
Ship 39 na padzie startowym.
Co nowego w Starshipie?
Super Heavy – pierwszy stopień rakiety
Najbardziej rzucającą się w oczy zmianą w module Super Heavy jest zmniejszenie liczby tzw. płetw, czyli elementów służących głownie do utrzymania rakiety na ramionach „Mechazilli” przy lądowaniu. W miejsce poprzednich czterech płetw pojawiły się trzy, jednak każda o połowę większa niż w poprzedniej wersji. Modyfikacje obejmują również nowy „catch point”, zmienioną pozycję na module z uwagi na mniejszą liczbę płetw, oddalenie ich od szczytu Super Heavy aby zapewnić większą ochronę przy tzw. „hot stagingu”, czyli odłączeniu modułów rakiety z użyciem uruchomionych silników drugiego modułu. Na liście zmian zostało również uwzględnione przesunięcie wału czy siłowników sterujących płetwami do wnętrza kadłuba dla lepszej ochrony.
Kolejne zmiany również dotyczą skutków „hot stagingu” – element poprzednio jednorazowego użytku, służący jako element przejściowy między dwoma modułami rakiety, chroniący Super Heavy przed uruchomionymi silnikami Starshipa, został zastąpiony w pełni zintegrowaną wersją wielokrotnego użytku. Zawiera ona ochronne warstwy stali i przestrzeni ciśnieniowych. Siłowniki odpowiedzialne za odłączanie od siebie dwóch stopni rakiety dostały możliwość wycofania się dalej od uruchomionych silników.
Rura przesyłowa paliwa modułu została zupełnie zmieniona i jest teraz mniej więcej rozmiarów pierwszego stopnia rakiety Falcon 9. Dzięki temu wszystkie 33 silniki Raptor modułu Super Heavy mogą być uruchamiane z większą koordynacją i prędkością, zwiększając niezawodność działania napędu. Zmodyfikowano osłony termiczne na spodzie rakiety, zamieniając pojedyncze osłony silników na dodatkową warstwę ochronną na powierzchniach oddzielających silniki, a także wokół systemów kontroli wektorów ciągu, sterujących położeniem wewnętrznych 13 silników. Z racji na eliminację osłon termicznych silników usunięto również system przeciwpożarowy dla tych elementów.
Zastosowano także rozwiązanie zwiększające odporność rakiety na ewentualne awarie w postaci zastąpienia pojedynczego portu załadunku paliwa i utleniacza ze stacji naziemnej dwoma osobnymi portami. Jeden port służy do załadunku paliwa, a drugi utleniacza, co zmniejsza skomplikowanie i rozmiar systemu odpowiedzialnego za te funkcje.
Super Heavy Booster 19 podczas testów „static fire”, ze wszystkimi 33 silnikami.
Starship – drugi stopień rakiety
W samym Starshipie również dokonano dużo zmian i ulepszeń. System napędowy został stworzony prawie od zera, zapewniając nową metodę uruchamiania silników Raptor, zwiększoną pojemność zbiorników paliwa, oraz ulepszenie systemów sterowania wykorzystywanych podczas lotu. Przemieszczenie elementów kontrolujących silniki i powiązane moduły umożliwiło, podobnie jak w przypadku Super Heavy, pozbycie się osłon termicznych silników i zamkniętej przestrzeni silnikowej na rufie pojazdu. Taka specjalna przestrzeń dla silników była wyjątkowo problematyczna, ponieważ wymagała stałej kontroli temperatury, ciśnienia czy wilgoci. Uproszczono także mechanizm sterowania klapami aerodynamicznymi, zmniejszając liczbę siłowników z dwóch do jednego na każdą klapę. Zwiększono także prędkości wypuszczania satelitów poprzez wyposażenie systemu „PEZ Dispenser” w nowe siłowniki i falowniki.
Kolejne modyfikacje obejmują m.in. pełne osłony próżniowe układu zasilania kolektora, ulepszenia systemów paliwa kriogenicznego używanego do długotrwałych lotów w przestrzeni kosmicznej czy dodanie czterech ramp dokujących, służących do dokowania do innych Starshipów z możliwością transferu paliwa.
Poza tym w nowej konfiguracji systemy zasilania łącznie na obu członach rakiety mogą dostarczać do 9 MW mocy, ulepszone zostały sensory używane w autonomicznej nawigacji pojazdu, dodano nowe czujniki poziomu paliwa w mikrograwitacji, które działają przy użyciu fal radiowych, a także ulepszono system kamer monitorujących stan pojazdu z przesyłem danych na żywo.
Starship 39 w placówce testowej.
Silniki
Modyfikacje całej rakiety nie mogły się obejść bez ulepszenia silników – nowa generacja Raptorów osiąga od około 2,45 MN ciągu w wersji działającej na poziomie morza (około 250 tf), co jest znacznym postępem względem poprzedniego modelu, którego ciąg wynosi mniej więcej 2,25 MN (230 tf) do nawet 2,7 MN w wersji próżniowej (275 tf). Wszelkie sensory i systemy sterowania, jak zostało wspomniane wcześniej, zostały zintegrowane z konstrukcją silnika i pokryte własną warstwą osłony termicznej. Wszystkie – również starsze – modele silnika Raptor zostaną lub zostały wyposażone w nowy system zapłonu. Łączna oszczędność masy przy systemach i modyfikacjach związanych z silnikami wynosi około jednej tony na każdych silnik, których łącznie na Super Heavy i Starshipie jest kilkadziesiąt.
Silnik Raptor w wersji 3 podczas testów.
Nowa platforma startowa
Ostatnim elementem, który podległ zmianom, nowa platforma startowa, lub pad, z którego rakieta startuje. Kompletnie nowy Starship 21 maja wzbije się w powietrze z kompletnie nowego stanowiska startowego. Budowa Starbase Pad 2 objęła zwiększenie pojemności magazynowej instalacji paliwowej, wraz ze zwiększeniem ilości pomp, umożliwiających szybsze tankowanie pojazdów. Sama wieża startowa posiada krótsze niż jej poprzedniczka „chopsticks” – czyli ramiona, na których ląduje rakieta – z wymienionymi siłownikami z hydraulicznych na elektromechaniczne, co zwiększa prędkość i dokładność operacji z użyciem ramion. Ramie dostarczające paliwo do drugiego stopnia rakiety zostało wzmocnione oraz zwiększono zakres obrotu od pojazdu, zwiększając poziom ochrony przy starcie.
Samo stanowisko startowe zostało zupełnie przeprojektowane, aby zapewnić lepsze charakterystyki wytrzymałościowe padu. Dodano także dwukierunkowy deflektor płomieni silnikowych ograniczający ilość potrzebnych renowacji elementów narażonych na najwyższe temperatury. W związku z oddzielnymi portami tankowania paliwa oraz utleniacza do modułu Super Heavy, również na padzie rozdzielono odpowiednie systemy. Wiele z elementów transportujących ciecze paliwowe do rakiety zostało przybliżonych do stanowiska startowego oraz umieszczonych w ochronnych bunkrach.
Starbase, „dom” Starshipa.
Starship Flight Test 12
Obecnie SpaceX znajduje się w ostatniej fazie przygotowań przed lotem 21 maja. Rakieta przeszła wszelkie naziemne testy, wliczając WDR (ang. Wet Dress Rehearsal), który często uznawany jest za swego rodzaju próbę generalną przed lotem. W trakcie lotu przewidziane są testy nowego oprzyrządowania, wraz z wypuszczeniem 20 makiet imitujących przyszłą generacje satelitów Starlink oraz dwóch zmodyfikowanych Starlinków mających przeprowadzić inspekcje osłony termicznej Starshipa przed ponownym wejściem w atmosferę, przesyłając obraz na żywo do operatorów na Ziemi. Na potrzeby tej inspekcji pojedyncze płytki osłony zostały pomalowane na biało, aby sprawdzić efektywność takiego systemu sprawdzania. Dwa wspomniane satelity Starlink przetestują również niektóre elementy przewidziane dla przyszłych generacji Starlinków. W planie lotu jest również krótkotrwałe ponowne uruchomienie jednego z silników Raptor Starshipa w przestrzeni kosmicznej.
Na powrót na Ziemię także przygotowano kilka zadań. Jednym z nich jest zmierzenie skutków braku jednej z płytek osłony termicznej podczas powrotu do atmosfery, której intencjonalnie nie zamontowano. Inne polegają na wykonaniu przez pojazd manewrów, które mają na celu przetestować wytrzymałość nowych klap, a także symulację trajektorii powrotu przyszłych Starshipów do Starbase. Lot testowy nr 12 będzie lotem suborbitalnym, tak więc Starship jeszcze musi poczekać na swoją pierwszą orbitę wokół Ziemi.
Starship 38 podczas Flight Test 11, zaraz po separacji od boostera Super Heavy.
SpaceX używa doświadczenia i danych z poprzednich lotów testowych aby stale ulepszać swoje pojazdy i maszyny. Najbliższy lot testowy Starshipa pokaże, czy doświadczenie to zostało przełożone na ulepszenia tych systemów w odpowiedni sposób. Rakiety Starship od SpaceX są obecnie w centrum zainteresowania światowego sektora kosmicznego, z obecnymi planami i sugestiami na wykorzystanie ich m.in. w nadchodzących misjach Artemis III i IV, w tym przy lądowaniu ludzi na Księżycu. Program wciąż pozostaje jednak eksperymentalny i po serii awarii oraz nieudanych testów nadal przechodzi intensywny rozwój.
Korekta – Matylda Kołomyjec
