Starship na orbitalnej ścieżce. SpaceX formalizuje plan testowego lotu [ANALIZA]

17 maja 2021, 11:10
starship_video
Ilustracja: SpaceX [spacex.com]

W czwartek 13 maja br. na publicznym serwerze amerykańskiej Federalnej Komisji Łączności (FCC) pojawił się dokument z opisem rozplanowanego przez SpaceX przebiegu zbliżającej się ważnej próby systemu nośnego Starship - już ze stopniem głównym Super Heavy. Plan dotyczy pierwszego wystrzelenia całego zespołu prototypów z prędkością orbitalną, stanowiącego zarazem kamień milowy poprzedzający właściwą budowę funkcjonalnego pojazdu. Wiele wskazuje na to, że dokument - nadal będący jedynie zarysem założeń - przedstawia profil lotu prekursora zapowiadanych "orbitalnych Starship'ów": prototypowego egzemplarza SN20 oraz stopnia głównego Super Heavy o oznaczeniu BN3.

Kluczowa transmisja danych telemetrycznych

Zacznijmy od bliższego spojrzenia na wspomniany dokument, który jest w istocie częścią wniosku operatora (spółki SpaceX) do Federalnej Komisji Łączności (FCC) o przydział pasm komunikacyjnych planowanego lotu. Jego złożenie do amerykańskiego urzędu zajmującego się nadzorem i przydzielaniem zezwoleń na użytkowanie odpowiednich częstotliwości radiowych datowane jest na 11 maja. Zajmujący cztery strony załącznik w znacznej części składa się z graficznego przedstawienia faz planowanego lotu, wykonanych na podstawie zrzutów z aplikacji Google Earth, obejmujących miejsce startu, lądowania oraz wycinek toru lotu.

Najsampierw - poza opisem profilu przedsięwzięcia (o którym będzie poniżej) - rzuca się w oczy wykaz częstotliwości, które mają zostać użyte do odbierania wszystkich danych telemetrycznych z prototypu rakiety oraz poszczególnych jej składników. Przybliżony zakres fal wykorzystywanych przez SpaceX jest co prawda znany od dłuższego czasu, niemniej w dokumencie potwierdzono i uszczegółowiono konkretne częstotliwości i kanały, jakich firma zamierza używać przy prowadzeniu łączności z pierwszym stopniem, a także samym segmentem orbitalnym.

O jakich częstotliwościach jest mowa? SpaceX do komunikacji ze swoimi pojazdami wykorzystuje fale decymetrowe (ultrakrókie) z zakresu 2200-2400 MHz. Zaczynając od pierwszego stopnia Super Heavy - będzie on łączył się z naziemnymi odbiornikami na następujących częstotliwościach: 2364,5 MHz, 2370,5 MHz oraz 2382,5 MHz, a człon orbitalny: 2211,0 MHz, 2247,5 MHz, 2272,5 MHz, jak i 2287,5 MHz (w ostatnim z wymienionych będzie to łączność satelitarna). Ciekawym uwarunkowaniem jest to, że prezentowany zakres fal jest również obsługiwany przez satelity Starlink, które zdolne są do komunikacji w paśmie S, czyli właśnie w zakresie fal decymetrowych.

Jednakowoż - niezależnie też od tego, że już prototyp SN15 wyposażony był w odbiornik użytkowy do obsługi przekazu z wykorzystaniem sieci satelitarnej Starlink - należy się spodziewać, że do pośredniczenia w przesyłaniu telemetrii zostaną użyte satelity NASA, a dokładniej system TDRSS (Tracking and Data Relay Satellites System – Satelitarny System Śledzenia i Przekazywania Danych). Satelity rządowej agencji dawniej ochoczo wykorzystywano do utrzymywania łączności z wahadłowcami, a obecnie są angażowane do obsługi transmisji pomiędzy Ziemią a Międzynarodową Stacją Kosmiczną.

Prawdą jest też, że już w trakcie testów rakiet Falcon 9 niektóre częstotliwości z przedstawianego zakresu wielokrotnie pojawiały się w dokumentacji afirmowanej przez FCC. Nie tylko SpaceX zresztą ma prawo do korzystania z fal decymetrowych. Są to również inne podmioty cywilne (oczywiście za odpowiednim zezwoleniem), siły zbrojne oraz federalne instytucje do testowania swoich statków powietrznych, z naciskiem na pojazdy kosmiczne, rakiety, a nawet pociski balistyczne.

image
Start prototypu Starship SN15. Ilustracja: SpaceX [spacex.com]

Najogólniej ujmując przedmiot w całość - firma SpaceX, po uzyskaniu niezbędnych zgód, przeprowadza telemetrię swoich prototypów w zakresie specjalnie wydzielonym na potrzeby testów, bez obawy o naruszenie innego pasma czy wprost o prowadzenie piractwa radiowego. Znajomość tych częstotliwości i kanałów przy okazji może dawać możliwość przechwytywania interesujących danych i śledzenia przebiegu lotu przez zewnętrznych obserwatorów. Niestety w tym przypadku radioamatorzy nie będą zadowoleni z jednego faktu – już od dłuższego czasu SpaceX szyfruje wszystkie radiowe dane telemetryczne. Powodów może być kilka – od najzwyklejszej w świecie woli posiadania monopolu na przekazywanie informacji z lotu za pomocą własnych firmowych kanałów i mediów społecznościowych, po ochronę technologii przed nieautoryzowanym dostępem do systemów telemetrycznych (które same w sobie dostarczają ogrom informacji na temat działania pojazdu kosmicznego). Ta druga opcja wydaje się mocno uprawdopodobniona, choćby w obliczu niedawnego, z pozoru niewinnego incydentu, kiedy to jeden z youtuberów dostał się na miejsce startowe w Boca Chica i dosłownie zajrzał do silników jednego z prototypów stojących na płycie (wydano względem niego nakaz aresztowania).

W tym kontekście należy mieć też na uwadze, że - przykładowo - Chińska Republika Ludowa intensywnie pracuje nad przenoszeniem amerykańskich rozwiązań technicznych na swój rynek – rzecz, która ponownie zwróciła na siebie uwagę podczas niedawnych, kwietniowych obchodów Narodowego Dnia Kosmicznego, kiedy to chińska agencja kosmiczna CNSA na krótkim klipie filmowym zaprezentowała statek łudząco podobny do rakiety Starship (posiadający takie same cechy, co domniemany pierwowzór). Ponadto same amerykańskie instytucje federalne wymagają od SpaceX bardziej skrupulatnego pilnowania swoich prototypów, i nie bez powodów. W grę wchodzą duże pieniądze, przyznawane przez amerykański rząd. Tradycyjnie w grę wchodzi tutaj zaawansowana technologia rakietowa, która poza cywilnym zastosowaniem może w pełnej skali zostać wykorzystana na potrzeby sił zbrojnych.

Jak będzie wyglądał orbitalny lot?

Głównym punktem odniesienia w kwestii zamysłu orbitalnego debiutu systemu Starship pozostaje krótka nota o profilu planowanego bliskiego testu. Nie mamy co prawda wyszczególnionej daty startu (do ustalenia której jeszcze długa formalna droga - wymagająca m.in. zgody jeszcze innej państwowej instytucji, federalnej administracji lotnictwa FAA), lecz są wyraźne przesłanki wskazujące na konkretny etap rozwoju zdolności. Wraz z opisem samego dokumentu, jak i brzmieniem jego tytułu („Starship Orbital - First Flight FCC Exhibit”) dostajemy wyraźny sygnał, że dotyczy on pierwszego orbitalnego lotu systemu Starship - w tej sytuacji, egzemplarza SN20 oraz supermasywnego segmentu głównego BN3.

Start zostanie przeprowadzony z centrum znajdującego się nieopodal miasteczka Boca Chica w Teksasie, które dzięki wytężonym pracom budowniczych powoli staje się Gwiezdną Bazą (Starbase) - z powstającą obecnie infrastrukturą orbitalnego stanowiska startowego, na którą składa się między innymi wysoka na 140 metrów wieża. Godnym zauważenia jest to, że w przyszłości owa wieża ma być zdolna do wychwytywania stopnia Super Heavy w trakcie jego podejścia do lądowania (za pomocą ogromnych „chwytaków”). Niemniej podczas pierwszego testu kosmicznego człon główny prawdopodobnie zakończy swój żywot wodowaniem w Zatoce Meksykańskiej, 32 kilometry od brzegu.

W opublikowanym załączniku podano, że czas pracy pierwszego członu rakiety potrwać powinien 2 minuty 49 sekund (T+169), przy czym separacja stopni odbędzie się po upływie kolejnych dwóch sekund (T+171 sekund), a zapłon Raptorów w segmentu orbitalnego (właściwy Starship) przewidziano na 2 minutę 55 sekundę trwania misji (T+176).

W następnej kolejności, podczas gdy Super Heavy zetknie się z taflą wody w 8 minucie 15 sekundzie (T+495), Starship będzie kontynuował lot bezpiecznie nad Oceanem Atlantyckim i dalej nad obszarem niezamieszkałym, tak aby zminimalizować ewentualne skutki niepowodzenia misji. Wyłączenie trzech górnych silników Raptor zaplanowano na 8 minutę 41 sekundę (T+521), dzięki czemu pojazd osiągnie prędkość orbitalną (niespełna 28 000 kilometrów na godzinę). Po wykonaniu jednego niepełnego okrążenia, statek ponowne wejście w atmosferę ziemską. Czynność tą zaplanowano na czas rzędu półtorej godziny od startu, natomiast w 90 minucie i 19 sekundzie trwania misji (T+5420) przewidziano wodowanie w okolicach wyspy Kauai na Hawajach, 100 kilometrów od brzegu.

Pierwszy orbitalny Starship raczej nie przetrwa lądowania

SpaceX, przeprowadzając pierwszy test lotu kosmicznego zamierza zebrać możliwie jak najwięcej danych, nie skupiając się na przetrwaniu testowanej maszynerii - tak jak to bywało zresztą przy poprzednich prototypach. Należy stanowczo podkreślić - drugi stopień najpewniej nie będzie w stanie bezpiecznie wylądować, pomimo niewykluczanej możliwości, że takowa próba zostanie podjęta. Należy przypomnieć w tym miejscu słowa Elona Muska, który na Twitterze wyraził swoje zdanie, jakoby prototypy generacji SN20+ potrzebowały jeszcze dużej liczby lotów, zanim bezpiecznie wylądują, nie niszcząc przy okazji lądowiska.

W każdym razie Starship SN20 do samego końca będzie przesyłał telemetrię, aby zdobyte dane przydały się w pracach nad przyszłymi prototypami, pozwalając poprawić jak największą liczbę czynników odpowiedzialnych za powodzenie lotu, jak i najzwyczajniej w świecie sprawdzić zachowanie maszyny podczas wymagającego wejścia w gęste warstwy atmosfery (niezwykle trudne do zasymulowania). Na podstawie zebranych informacji oraz ewentualnych badań pozostałości po drugim stopniu, SpaceX skonstruuje lepsze prototypy pojazdu, z udoskonalonymi elementami i powłokami ochronnymi. Zostanie zapewne wybrana najbardziej dogodna, a zarazem najbezpieczniejsza metoda sprowadzania tak dużego statku na Ziemię.

Co dalej z SN15?

Do planowanego pierwszego orbitalnego lotu pozostało półtora miesiąca (zakładając, że odbędzie się on 1 lipca), aczkolwiek już w tym momencie firma Elona Muska ma jeden szczególny powód do radości – mowa o udanym lądowaniu prototypu SN15, posiadającego liczne usprawnienia względem generacji SN8. Po tym jak pomyślnie zakończył się lot, nie powodując przy tym dezintegracji całego pojazdu wraz z lądowiskiem, pojawiły się głosy i domysły, dotyczące dalszego przeznaczenia statku. Jedni mówili o tym, że SN15 najpewniej zostanie zezłomowany, drudzy woleli, żeby został zachowany jako pomnik dokonanego wyczynu.

image
Ilustracja: SpaceX [spacex.com]

Tutaj Elon Musk po raz kolejny zdołał zaskoczyć wielu – prototyp po wylądowaniu i wstępnych oględzinach został przetransportowany na platformę startową B. Do momentu publikacji niniejszego tekstu trwały dalsze oględziny użytego już raz prototypu już na wyrzutni, prawdopodobnie po to, aby mógł on w niedługim czasie ponownie wystartować. Jednocześnie na wyprowadzenie z hangaru oczekuje niemal gotowy prototyp SN16, jednakże należy się spodziewać, że jeszcze może na swoją kolej poczekać, gdyż poprzednik - zdaje się - nie został w pełni wyeksploatowany.

SpaceX metodycznie i coraz śmielej stawia swoje kroki w nurcie rozwoju przemysłu kosmicznego. Poza tym, że od kilku już lat z sukcesem wystrzeliwuje w kosmos rakiety Falcon 9, które należą do konstrukcji niezwykle udanych, firma ta zdobywa przede wszystkim rynek certyfikowanych startów rządowych (wobec kolejnych ogłaszanych wyników zamówień Pentagonu oraz NASA). Flagowe systemy nośne SpaceX to jednak wciąż rozwiązanie pozwalające jedynie połowicznie na wielorazowy użytek ("tylko" główny stopień ląduje na autonomicznych barkach, co nie zmienia faktu, że samo w sobie jest to nadal duże osiągnięcie). Lądowanie stopnia o numerze B1051 w misji Starlink-27 pokazało, że ich wytrzymałość spełnia, a nawet potencjalnie wykracza daleko poza pierwotną szacowaną żywotność 10 startów i lądowań.

Prowadzone są też próby odzyskiwania pokryw aerodynamicznych komory załadunkowej, aczkolwiek firma ze względów na wysokie koszty prowadzenia tej operacji, zmieniła podejście – owiewki są wyławiane obecnie z oceanu (po spowolnionym opadaniu), zamiast dotychczasowego wyłapywania ich z pomocą statków i specjalnych siatek zamontowanych na nich.

Nie należy przy tym zapominać o systemie Falcon Heavy, która poza tym, że pozwala wynieść na niską orbitę okołoziemską (LEO) do 50 ton ładunku, zwielokrotnia efekt odzyskiwania segmentów nawet do trzech na raz. Korzystnym dla SpaceX faktem jest to, że system Falcon Heavy ma zaplanowane na najbliższe lata już wiele lotów, wraz z tymi dotyczącymi misji księżycowych NASA Artemis.

Jak widać, firma Elona Muska konsekwentnie ewoluuje, nadając coraz mocniejszy ton przeobrażeniom całego rynku produkcji pojazdów kosmicznych - lecz jeszcze wiele jest przed nią. Jeżeli rakieta Starship w najbliższych latach okaże się być w pełni funkcjonalnym i w stu procentach odzyskiwanym statkiem, to pomimo faktycznego bazowania na dobrze znanej od blisko 70 lat zasadzie działania technologii rakietowej, spowoduje niemałą rewolucję w przemyśle kosmonautycznym - znacząco obniżając bariery kosztowe i techniczne w realizacji lotów około- i pozaziemskich. Otworzyć ma też dotąd nieznane możliwości realizowania śmielszych projektów eksploracyjnych, związanych z kolonizacją innych światów.


image
Z oferty Sklepu Defence24.pl

 

KomentarzeLiczba komentarzy: 6
123 abc
poniedziałek, 17 maja 2021, 20:59

Trzeba wziąć pod uwagę, że na skutek pewnych zaburzeń w rozkładzie masy dojdzie do złamania się całego statku Starship na pół w miejscu połączenia dwóch segmentów ( Na przykład na skutek turbulentnego przemieszczenia się metanu w zbiorniku ). Aby do tego nie dopuścić dobrze byłoby zbudować taką koronę na szczycie odrzucanego segmentu. Zapobiegnie ona przekrzywianiu się czołowego segmentu. Po drugie aby nie doszło do zakleszczenia się tych segmentów (na przykład na skutek wilgotności i temperatury w kosmosie - zamarznięcie wody na styku segmentów) , dobrze byłoby umieścić po dwa silniki elektryczne na każdy wierzchołek tej korony ( jeden silnik główny drugi zapasowy) aby rozdzielić te dwa segmenty od siebie odpychając na przykład metalową sztabkę zębatą. Aby zmniejszyć turbulencję wewnątrz głównego zbiornika metanu, dobrze byłoby wewnątrz niego umieścić specjalną konstrukcję - na przykład 30 centymetrowe aluminiowe piłki (sfery) z sześcioma 10 centymetrowymi otworami na biegunach. Metan będzie się swobodnie przemieszczał w tych piłkach i przepływał pomiędzy nimi w miarę opróżniania się zbiornika. To zminimalizuje możliwość działania pierwszego segmentu jako wahadła ( pendulum).

Yoda
wtorek, 18 maja 2021, 12:58

Świetnie sobie radzą bez porad ucznia z Polski.

złośliwy
wtorek, 22 czerwca 2021, 16:36

Gdyby się jeszcze nie rozpadała...

wtorek, 18 maja 2021, 12:14

Wachadło pendulum: dobrze. A reszta słów czemu nie przetłumaczona?

Ucho
wtorek, 18 maja 2021, 04:52

Musisz koniecznie zadzwonić do Muska i mu to wszystko powtórzyć, Napoleonie

SpaceY
wtorek, 18 maja 2021, 03:47

Brawo. Przetłumaczyć i wysłać inzynierom Spacex te wskazowki, bo inaczej na pewno sami nie dadzą rady bez pomocy randomowej internetowej złotej raczki z Polski ;);)

Tweets Space24