SpaceX przeprowadził udany test systemu rakietowego Starship. W trzecim locie dwustopniowej rakiety udało się osiągnąć wiele celów, w tym zrealizowano cel główny: osiągnięcie zakładanego lotu suborbitalnego.
Największa w historii rakieta Starship wykonała swój trzeci próbny lot. Po raz pierwszy osiągnięto główny cel testu: planowaną trajektorię orbitalną. Firma SpaceX zaliczyła też wiele dodatkowych sukcesów, a sam lot trwał prawie 50 minut.
Start zestawu rakietowego Starship w misji IFT-3 odbył się 14 marca 2024 r. Rakieta - tak jak w poprzednich dwóch próbach – leciała z prywatnego kosmodromu firmy Boca Chica w Teksasie. Tam znajduje się też fabryka tych rakiet. Wszystkie 33 silniki dolnego stopnia uruchomiły się o 14:25 czasu polskiego. Główne fazy lotu rakietowego przebiegły pomyślnie. Poprawnie rozpędzał system jego dolny stopień. Doszło do prawidłowej separacji i uruchomienia górnego stopnia. Górny człon Starship osiągnął docelową prędkość i trajektorię lotu. Oprócz tego wykonano wiele dodatkowych testów. Nie powiodły się jednak: kontrolowany powrót dolnego stopnia i jego miękkie wodowanie oraz próba powrotu i wodowania górnego stopnia.
O systemie Starship
Starship to największa kiedykolwiek zbudowana i najmocniejsza pod względem generowanego ciągu rakieta nośna w historii. Firma SpaceX ma wizję uczynienia lotów kosmicznych bardziej dostępnymi. Stało się już to za sprawą rakiety Falcon 9, która jest od wielu lat najpopularniejszą rakietą orbitalną na świecie. Rakieta Starship ma jeszcze bardziej zmniejszyć koszty wynoszenia ładunków na orbitę, a w dalszej przyszłości umożliwić kolonizację Marsa.
W 2021 r. agencja NASA przyznała firmie kontrakt na budowę załogowego lądownika księżycowego dla pierwszych misji z powrotem człowieka na Księżyc: Artemis III, Artemis IV. Lądownik, na którym astronauci dostaną się na powierzchnię Księżyca ma bazować na górnym stopniu rakiety Starship, a do jego wyniesienia w stronę Księżyca potrzebne będzie wiele misji tej rakiety.
Pierwszy raz projekt Starshipa był prezentowany w 2016 r. Od tego czasu przeszedł bardzo dużo zmian. Obecnie Starship to dwustopniowa rakieta o wysokości 121 m i średnicy 9 m z masą przekraczającą 5000 t. Struktura rakiety wykorzystuje stal nierdzewną. Dolny człon Super Heavy wyposażony jest w 33 silniki Raptor 2 zasilane ciekłym metanem i ciekłym tlenem. Górny stopień Starship ma 6 silników Raptor - 3 dostosowane do pracy w próżni i 3 podobne do tych stosowanych w dolnym stopniu. Rakieta ma dysponować udźwigiem do 150 t na niską orbitę okołoziemską.
Historia testów i poprzednie loty
Od 2019 r. testowane są prototypy systemu. Zaczęto od niewielkich demonstratorów i tzw. „skoków” na coraz większe wysokości prototypów górnego stopnia rakiety. W maju 2021 r. po raz pierwszy osiągnięto w pełni udany lot suborbitalny prototypu górnego stopnia o nazwie Starship SN15. Rakieta wystartowała, osiągnęła wysokość około 10 km, po czym wróciła na Ziemię poziomo szybując w atmosferze. W ostatniej fazie zwróciła się pionowo i wylądowała miękko o własnych silnikach.
Po tych testach zaczęto intensywne prace nad znacznie większym, dolnym stopniem rakiety. Człon nazywany wtedy Super Heavy (obecnie Booster) wykonał w lutym 2023 r. udane statyczne uruchomienie wszystkich 33 silników na stanowisku startowym. To dało zielone światło do pierwszej próby suborbitalnej całego zestawu...
20 kwietnia 2023 r. pierwszy raz wystartował zestaw SuperHeavy-Starship. Lot IFT-1 od początku miał duże problemy. Już podczas pierwszej fazy doszło do wycieków metanu w sekcji silnikowej dolnego stopnia. Doprowadziło to do pożarów. Podczas lotu nie uruchomiły się też wszystkie silniki. Rakieta wznosiła się znacznie wolniej, szybko utraciła stabilność i jeszcze przed planowaną separacją dolnego stopnia zestaw musiał zostać zdalnie zniszczony.
Na drugą próbę musieliśmy czekać do 18 listopada 2023 r. Przed misją IFT-2 dokonano wielu poprawek we wszystkich systemach. Odbudowano i wzmocniono platformę startową, zainstalowano dodatkowy system wyrzutu wody do niwelowania skutków działania gazów odrzutowych silników na platformę, usprawniono też samą rakietę. Poprawiono silniki, zwiększając ich niezawodność. Jedną z bardziej radykalnych zmian w konstrukcji było wprowadzenie mechanizmu „hot staging” - rakieta odłącza dolny stopień dopiero po uruchomieniu górnego i jeszcze jak pracuje część silników w dolnym stopniu. Wymusza to konieczność zbudowania wzmocnionej struktury między stopniami, ale dzięki temu udźwig rakiety zwiększa się (wg Elona Muska o około 10%).
Drugi lot Starshipa był już częściowo udany. Co prawda nie osiągnięto głównego celu, ale przetestowano wiele krytycznych elementów lotu i systemów. Poprawnie leciał dolny stopień rakiety i doszło do udanej separacji obu członów. Dolny stopień eksplodował podczas próby powrotu. Górny stopień działał prawidłowo do 8 minut po starcie. Na 30 sekund przed planowanym zakończeniem jego pracy manewr wypuszczenia nadmiarowego paliwa doprowadził do eksplozji rakiety.
Przebieg lotu IFT-3
Rakieta Starship wystartowała o 14:25 czasu polskiego. Uruchomione zostały wszystkie 33 silniki Raptor w jej dolnym stopniu i krótko po tym rakieta zaczęła powoli wznosić się. Dzięki kamerom zamontowanym na rakiecie mogliśmy od samego początku podziwiać jej stabilny lot. Już po około 1 minucie rakieta osiągnęła moment największego obciążenia aerodynamicznego, krótko po tym przekroczyła prędkość dźwięku.
Krytycznym manewrem była gorąca separacja dolnego członu rakietowego. 2 minuty i 50 sekund po starcie przy nadal włączonych 3 środkowych silnikach na dolnym stopniu doszło do uruchomienia 6 silników górnego stopnia i krótko po tym udanego odłączenia się dolnego stopnia rakiety. Górny człon, zwany też jako Ship, kontynuował lot. W tym samym czasie dolny stopień przygotowywał się do powrotu na Ziemię.
Dolny stopień ponownie uruchomił część swoich silników w manewrze kierującym go w stronę miejsca planowanego wodowania. Równocześnie mogliśmy oglądać jak górna część rakiety działa poprawnie i za pomocą swoich 6 silników rozpędza się coraz bardziej, aż do docelowej prędkości – tylko nieco mniejszej niż prędkość pozwalająca osiągnąć orbitę.
Na wysokości około 40 km, po około 6 minutach lotu dolny stopień zaczął poruszać kratowymi lotkami sterującymi w celu pionowego zejścia i powrotu. Niestety niecałą minutę później na wysokości niecałych 5 km stopień zaczął obracać się w sposób niekontrolowany. Doszło do uruchomienia kilku silników w celu wykonania symulowanego „landing burn” – manewru wyhamowującego i umożliwiającego miękkie wodowanie. Niestety krótko po uruchomieniu silników rakieta eksplodowała na wysokości niecałych 500 m.
Tymczasem górny stopień Starshipa rozpędzał się do 8 minut i 30 sekund po starcie. Wtedy nastąpiło udane wyłączenie silników i osiągnięcie planowanej trajektorii.
Starship w swobodnym locie orbitalnym miał do wykonania dodatkowe testy. Trzy główne z nich to: otworzenie i zamknięcie drzwi do ładowni, testowe odpalenie pojedynczego silnika Raptor symulując zejście z orbity oraz test transferu paliwa w warunkach nieważkości między dwoma zbiornikami. Udało się otworzyć i zamknąć drzwi ładowni. SpaceX poinformował też o poprawnym rozpoczęciu testowej procedury transferu paliwa. Nie zdecydowano się jednak na ponowne uruchomienie silnika. Powodem był niekontrolowany obrót Starshipa w swobodnym locie.
To właśnie ten niekontrolowany obrót uniemożliwił też osiągnięcie innego celu misji – kontrolowanego wejścia w atmosferę i przetrwania nagrzewania się statku w wyniku wytracenia prędkości. Dzięki antenom systemu Starlink mogliśmy oglądać powstawanie plazmy atmosferycznej wokół Starshipa w momencie wchodzenia przez niego w pierwsze warstwy atmosfery. Mimo niekorzystnej pozycji wejścia przez wiele minut Starship przetrwał lot. Dopiero w 49. minucie na wysokości około 75 km utracono kontakt z pojazdem.
Podsumowanie i dalsze plany
Czas między 2. i 3. lotem Starshipa wyniósł niecałe 4 miesiące. To znacznie krócej od czasu jaki upłynął między 2. i 3. startem znacznie mniejszej rakiety Falcon 9. Postęp w produkcji kolejnych egzemplarzy członów Starshipa każe przypuszczać więc, że na kolejny lot testowy nie będziemy musieli długo czekać.
Optymizmu dodaje fakt, że stopnie Booster 11 i Ship 29 planowane do lotu IFT-4 są już zbudowane i przechodzą testy. Firma SpaceX zapowiedziała podczas transmisji 6 planowanych lotów Starshipa tylko w 2024 roku. Wszystko teraz zależeć będzie głównie od sprawnie przeprowadzonego śledztwa po tym locie, wprowadzenia koniecznych poprawek i zaakceptowania planów przez agencję FAA, zajmującą się w USA bezpieczeństwem lotów rakietowych.
Podsumowując lot Starshipa w misji IFT-3 można zdecydowanie uznać za udany. Po raz drugi udało się wykonać pełny lot dolnego stopnia ze wszystkimi 33 silnikami Raptor działającymi podczas całej fazy lotu. Doszło do poprawnej separacji a górny stopień rakiety wykonał pierwszy raz pełne odpalenie do osiągnięcia zakładanej trajektorii. Dodatkowo udało się wykonać dolnym stopniem manewr powrotu na Ziemię, a kontrolę nad nim utracono dopiero w momencie próby lądowania. Górny stopień wykonał kilka udanych testów w fazie swobodnego lotu i po raz pierwszy sprawdzono działanie statku w warunkach ekstremalnego powrotu do atmosfery.
Opracowanie: Rafał Grabiański
Na podstawie: SpaceX
Na zdjęciu tytułowym: Rakieta Starship startująca w testowym locie IFT-3 z Boca Chica w Teksasie. Źródło: SpaceX.
