SpaceX wprowadza ponad 1000 zmian w nadchodzącej rakiecie Starship – Ars Technica

SpaceX uruchomi kilka ulepszeń podczas drugiego startu swojej ogromnej rakiety Starship na dużą skalę. Ulepszenia te obejmują znaczną zmianę sposobu rozdzielenia dwóch stopni rakiety, ulepszenia układu napędowego oraz wzmocnioną platformę startową w południowym Teksasie, która powinna wytrzymać wysadzenie z 33 głównych silników.

„Pomiędzy ostatnim lotem statku kosmicznego a obecnym jest bardzo dużo zmian, ponad tysiąc” – powiedział Elon Musk, założyciel i dyrektor generalny SpaceX. „Więc myślę, że prawdopodobieństwo, że ten następny lot zakończy się sukcesem i dostanie się na orbitę, jest znacznie wyższe niż w poprzednim locie. Może nawet 60 procent. Zależy to od tego, jak dobrze wypadniemy w fazie separacji”.

Musk przedstawił niektóre modyfikacje rakiety Starship w dyskusji na Twitterze Spaces w sobotę z dziennikarką Ashley Vance. Powiedział, że następna rakieta Starship i ulepszenia platformy startowej w obiekcie Starbase w południowym Teksasie powinny być gotowe do następnego lotu testowego za około sześć tygodni. „To najlepsze, co wiemy w tej chwili” – powiedział Musk.

Statek kosmiczny został zaprojektowany tak, aby w pełni nadawał się do ponownego użytku, a SpaceX planuje wykorzystać go do wynoszenia satelitów na orbitę, budowania tankowców i magazynów paliwa, a ostatecznie przewożenia ładunków i załogi na Księżyc i Marsa. Długoterminowym celem SpaceX jest zastąpienie rakiety Falcon 9 i kapsuły załogi Dragon statkiem kosmicznym finansowanym ze środków prywatnych.

Urzędnicy SpaceX byli zadowoleni z wyniku pierwszego pełnego lotu testowego statku kosmicznego 20 kwietnia, który osiągnął wysokość około 24 mil (38 kilometrów), zanim wymknął się spod kontroli po wielu awariach silnika i utracie systemu naprowadzania rakiety. Lot testowy pobił rekord największej i najpotężniejszej rakiety, jaką kiedykolwiek wystrzelono – 394 stóp (120 metrów) wysokości i napędzanej przez prawie 15 milionów funtów napędzanych metanem silników Raptor.

Rakieta jest podzielona na dwie części. Stopień wspomagający o nazwie Super Heavy z 33 silnikami Raptor jest przeznaczony do napędzania statku przez ziemską atmosferę, a następnie górny stopień z sześcioma silnikami — zwany po prostu statkiem kosmicznym — przejmuje jego rolę, aby przyspieszyć do prędkości orbitalnej. W misjach operacyjnych górny stopień statku kosmicznego może służyć jako pchacz, nośnik ładunku lub przedział załogi.

Jedną z najbardziej znaczących zmian wprowadzonych przez SpaceX w projekcie statku kosmicznego jest oddzielenie wzmacniacza od górnego stopnia, co ma miejsce około trzech minut po starcie. Próbny lot statku kosmicznego w kwietniu nie osiągnął etapu separacji.

„Dokonaliśmy pewnego rodzaju późnej zmiany, która jest naprawdę istotna dla sposobu, w jaki działa separacja faz, polegająca na użyciu tak zwanego„ gorącego stopniowania ”, w którym zapalamy silniki górnego stopnia lub statku, podczas gdy pierwszy stopień lub faza doładowania, silniki nadal pracują.”

Rosyjskie rakiety, takie jak czcigodny Sojuz, od dziesięcioleci wykorzystują technologię „hot-staging”, ale nie zastosowano jej w żadnym nowoczesnym amerykańskim pojeździe nośnym. Rakiety zwykle wyłączają silniki wspomagające na kilka sekund przed odrzuceniem pierwszego stopnia i zapaleniem silnika górnego stopnia.

Musk powiedział, że SpaceX wyłączy większość silników wspomagających Super Heavy, a następnie uruchomi silniki w górnym stopniu statku kosmicznego, jeden po drugim. Rezultatem tej zmiany jest zwiększenie udźwigu statku kosmicznego, który na niskiej orbicie okołoziemskiej wynosi już ponad 100 ton metrycznych. Oznacza to jednak, że inżynierowie muszą dodać zbroję do górnej części wzmacniacza ze stali nierdzewnej, który SpaceX chce wielokrotnie odzyskiwać i wykorzystywać ponownie.

„Oczywiście tego rodzaju wydmuchuje dopalacz, więc musisz chronić górną część dopalacza przed spaleniem przez silniki górnego stopnia”, powiedział Musk, dodając, że zmiana projektu zwiększy ładowność o około 10 procent pojemność rakiety Starship.

Oddzielenie stopni rakiety od silników wspomagających, które są już wyłączone, powoduje utratę ciągu. Gdy rakieta chwilowo się wznosi, przyciąganie grawitacyjne Ziemi zaczyna zmniejszać jej prędkość.

„Więc chcesz, aby silniki statku uruchomiły się, zanim silniki wspomagające całkowicie się wyłączą” – powiedział Musk.

Musk powiedział, że SpaceX dodaje przedłużenie do górnej części wzmacniacza Super Heavy z otworami wentylacyjnymi, aby umożliwić bezpieczny przepływ przegrzanego gazu z silników górnego stopnia ze struktury rakiety „a nie tylko wysadzić się w powietrze”. „Myślę, że to jest najbardziej niebezpieczna rzecz na następną wyprawę”.

Wiele z 33 silników Raptora w superciężkim dopalaczu albo nie zapaliło się, albo straciło moc podczas próbnego startu 20 kwietnia. Musk powiedział, że w pierwszym locie testowym statku kosmicznego użyto „mieszaniny” silników budowanych i testowanych przez rok.

Podczas drugiego lotu testowego statku kosmicznego zespoły SpaceX dostosowują kolektory w silnikach Raptor, które kierują gorący, bogaty w metan gaz do komory spalania każdego silnika, aby zmieszać się z gazem bogatym w tlen. Wcześniejszy projekt był podatny na wycieki, ponieważ gorący gaz mógł wydostawać się przez otwory na śruby używane do mocowania kolektora do silnika. Inżynierowie wprowadzą ulepszoną konstrukcję kolektora i zwiększą moment obrotowy śrub, aby rozwiązać problem wycieku gorącego gazu.

W poprzednich komentarzach Musk przedstawił kilka innych ulepszeń, które zadebiutują podczas następnego lotu testowego statku kosmicznego. Obejmuje to elektryczne sterowanie wektorem ciągu w celu zastąpienia hydraulicznego układu kierowniczego używanego podczas startu 20 kwietnia, a także silniejszą osłonę wokół każdego z wzmocnionych silników Raptora 33, aby chronić je przed pobliskimi eksplozjami silnika, co ma na celu zmniejszenie ryzyka kaskadowej awarii .

Jednym z najbardziej widocznych obszarów prac w miejscu startu Starbase jest wylewanie prawie 1000 metrów sześciennych betonu zbrojonego stalą pod podstawę platformy startowej, gdzie statek kosmiczny i jego superciężki wspornik stoją przed startem. Podczas startu w kwietniu potężny podmuch silników rakiety Raptor wyrwał dziurę w betonowej płycie pod platformą startową, wyrzucając kawałki materiału tysiące stóp od wyrzutni.

SpaceX zainstaluje dwa grube stalowe panele na nowej warstwie zbrojonego betonu, z poprowadzonymi przez nie kanałami, aby umożliwić przepływ wody i uwolnienie wierzchu.

„Pomyśl o tym jak o gigantycznej, odwróconej głowicy prysznicowej” – powiedział Musk. „Zasadniczo zamierzasz wypychać wodę w górę, gdy rakieta znajduje się na szczycie platformy, aby przeciwdziałać ogromnej ilości ciepła ze wzmacniacza”.

Zbliżający się plan lotu testowego statku kosmicznego przewiduje również, że rakieta pozostanie na platformie przez krótszy czas, zmniejszając ryzyko uszkodzenia. „Właściwie przesadzimy z kanapką ze stali i betonu” – powiedział Musk. „To powinno sprawić, że podstawa poduszki będzie w znacznie lepszym stanie niż ostatnim razem”.

Zrzucanie wody na platformę startową nie jest nową koncepcją. SpaceX używa wody do tłumienia energii akustycznej na platformach startowych Falcon 9 na Florydzie i w Kalifornii, ale menedżerowie postanowili nie używać podobnej konfiguracji na platformie startowej Starship w Teksasie.

„Z perspektywy czasu jest 20/20” – powiedział Musk. – Tak, oczywiście, przepraszamy.

Zapytany o najtrudniejsze pozostałe wyzwanie techniczne dla programu Starship, Musk odmówił. Powiedział, że celem lotów testowych statku kosmicznego jest „rozwiązanie niewiadomych” dotyczących pocisku, z których wielu nie można naprawić, dopóki inżynierowie nie zbiorą danych z rzeczywistego startu.

Jednym z tematów, o których Musk nie rozmawiał podczas swojego czatu na Twitterze Spaces, był przegląd systemu zakończenia lotu rakiety Starship, który zajął więcej czasu niż oczekiwano, aby zniszczyć statek po tym, jak zboczył z wcześniej zaplanowanej trasy lotu w kwietniu. System burzący działa na zasadzie detonacji kanistrów pirotechnicznych w celu fragmentacji zbiorników paliwa pocisku i ma spowodować szybką dezintegrację pojazdu, zanim zagrozi zaludnionym obszarom.

FAA, agencja regulacyjna, której zadaniem jest zapewnienie, że wystrzeliwanie rakiet nie zagraża społeczeństwu, będzie musiała dokonać przeglądu wszelkich zmian w reżimie niszczenia.

Kwietniowy lot testowy Starship nie zagroził żadnym obszarom publicznym, ale Musk powiedział w uwagach krótko po locie testowym 20 kwietnia, że ​​„rehabilitacja” systemu zakończenia lotu może zająć więcej czasu niż rozwiązanie innych problemów w harmonogramie SpaceX wcześniej. Kolejny start statku kosmicznego.

Musk przyznał w sobotę, że SpaceX może nie zależeć od tego, kiedy nastąpi kolejny testowy start statku kosmicznego. „Jest tu wiele zmiennych, na które nie mamy wpływu”.