IFT-1 | Super Heavy-Starship: dlaczego pierwszy test największej rakiety w historii można nazwać udanym

Wiem, że wielu z Was podobnie jak ja bardzo kibicuje ekipie SpaceX. Nie mniej jeśli to zapatrywanie w SpaceX jest pozbawione krytycyzmu, to zachęcam do przerwania w tym momencie lektury i wyjścia na spacer, wyprowadzenia psa, krokodyla lub cokolwiek innego. Niech nie zmyli Was także tytuł dzisiejszego tekstu, nawet mimo celowo zawartej w nim tezy, bo padnie dziś trochę słów, za które ślepo wpatrzeni w SpaceX mogą się trochę obrazić, podobnie jak swego czasu bezkrytycznie zapatrzeni w NASA za moje przemyślenia o SLS. I zapewniam, że słowa, które padną w żadnym wypadku nie kłócą się z tytułem wpisu, co postaram się wyjaśnić.

Dokładnie przed miesiącem, 20 kwietnia SpaceX dokonało pierwszego testu zintegrowanego systemu Super Heavy (booster, B7, rakieta, pierwszy człon) i Starship (statek, S24, drugi człon). Podaję od razu różne określenia, bo są one stosowalne zamiennie, na wszelki wypadek aby różne nazwy przewijające się w tekście były zrozumiałe w każdym zdaniu i dowolnym kontekście. Start odbył się przy drugiej próbie po tym, jak pierwsza w poniedziałek 17 kwietnia została odwołana na kilka minut przed wystrzeleniem z powodu wykrycia usterki – zamrożenia jednego z zaworów paliwa w Super Heavy, przez co pojawiła się trudność w utrzymywaniu właściwego ciśnienia paliwa.

Usterka ta oficjalnie była jedyną przyczyną, dla której kontrola lotu nie wydała zgody na start, co z jednej strony było powodem dużego rozczarowania zwłaszcza ze strony obserwatorów specjalnie przybyłych w okolice bazy Starbase w Boca Chica w Teksasie tuż nad Zatoką Meksykańską, ale z drugiej strony dawały bardzo duże nadzieje na pomyślność już drugiej próby startu. Wszystkie bowiem procedury przewidziane w toku odliczania, na czele z tankowaniem obu członów rakiety ciekłym metanem i ciekłym tlenem przebiegły podręcznikowo i dały do zrozumienia, że SpaceX ma opracowany harmonogram prac przedstartowych praktycznie na ostatni guzik – imponująca sprawność jak na fakt, że mamy do czynienia z debiutem takiej rakiety i czynieniem wielu rzeczy przed startem po raz pierwszy. 

Rzeczywiście, druga próba doszła do skutku, choć nie obyło się bez jeszcze silniejszych emocji w końcowej sekwencji odliczania. Gdy zegar dobił do punktu T -40 sekund kontrola zdecydowała o wstrzymaniu odliczania z powodu wykrycia ponownego problemu z ciśnieniem paliwa w boosterze. Tym razem jednak po serii napraw w dniach po odwołaniu startu i zdobyciu doświadczenia, problem udało się sprawnie zażegnać – już dwie minuty po wstrzymaniu odliczania poinformowano, że za moment zostanie ono wznowione po ostatecznej weryfikacji gotowości wszystkich systemów.

O godz. 15:33 CEST uruchomiono najbardziej skomplikowany system silników rakietowych, jaki kiedykolwiek stworzono. 33 silniki Raptor docelowo generujące łącznie blisko 7500 ton ciągu rozpoczęły pracę i po kilku sekundach 120-metrowy kolos z rykiem silników powoli zaczął podnosić się z platformy startowej OLM (Orbital Launch Mount). Najpotężniejsza i największa w historii rakieta nośna opuściła wyrzutnię rozpoczynając tak wyczekiwany od ponad trzech lat test, ustanawiając w tym momencie nowy rekord w zestawieniu największych rakiet skonstruowanych przez człowieka, które wzbiły się w niebo.

Po lewej: potężny Super Heavy/Starship odrywa się od wyrzutni i rozpoczyna lot testowy IFT. Credit: Max Evans. Po prawej: 3 kadry na startującą nową największą rakietę na świecie. Credit: Spacex 

Niestety szybko po zapłonie Super Heavy zaczęło dochodzić do serii wydarzeń, których nie można było nazwać pożądanymi. Na przekazie transmisji SpaceX, który umożliwiał widzom śledzenie nie tylko prędkości i wysokości, ale także nachylenia rakiety i sprawności poszczególnych silników, można było zauważyć, że od samego początku 3 silniki się wyłączył. Wyrzutnię startową w czasie około T+15 sekund ten gigant opuszczał z pewnym odchyleniem od pionu i na pracy 30 silników z 33 jednostek całego systemu i niestety nie był to koniec problemów.

Zapis z oficjalnej transmisji startu. Po lewej czas T +16 sekund - tuż po opuszczeniu wieży startowej 3 z 30 silników nie działają. Po prawej: T +29 sekund, eksplozja jednej z dwóch jednostek HPU odpowiadającej za sterowanie kierunkiem ciągu 13 silników wewnętrznych i odłamki tuż przy silnikach powstałe po wybuchu HPU. Credit: SpaceX

W półtorej minuty padły kolejne 3 silniki, co sprawia, że przed ukończeniem drugiej minuty wznoszenia rakieta była pozbawiona prawie 19% wszystkich silników – to już poważna strata, a z powodu umiejscowienia niedziałających jednostek głównie po jednej stronie sekcji silników - mogąca powodować bardzo nierównomiernie rozłożony ciąg, czego konsekwencją może być wprawianie całości w rotację lub koziołkowanie (które nadeszło później) o ile pozostałe jednostki nie są w stanie wyrównać lotu ciągiem o dostatecznej sile i wektorze.

Prócz awarii silników dało się zauważyć eksplozję jednostki HPU (zasilacza hydraulicznego) zapewniającego zasilanie hydrauliczne dla systemu TVC (sterowanie wektorem ciągu) dla 13 wewnętrznych silników, których test sterowności mogliśmy oglądać 2 minuty przed startem. Na boosterze B7 były 2 takie jednostki HPU, a eksplozja jednej z nich nastąpiła w czasie T +29 sekund (drugie zdjęcie wyżej), po której można było zobaczyć nową porcję odłamków odpadających od spodu rakiety nieopodal silników. Utrata HPU doprowadza do sytuacji, że wewnętrzne silniki mimo, że pracowały normalnie (poza jednym) tracą zdolność sterowania kierunkiem ciągu dla ustabilizowania lotu rakiety – to anomalia dotkliwa tym bardziej, im później zachodzi potrzeba kontrolowania wektora ciągu, wraz z przejściem rakiety w bardziej rozrzedzone warstwy atmosfery gdy nie działają już na nią żadne lub niewielkie opory aerodynamiczne. To tym bardziej ułatwia zaistnienie niechcianej rotacji całości.

Wielu obawiało się fazy MaxQ – okresu kilkunastu sekund wznoszenia zaczynającego się niecałą minutę po starcie, gdy na rakietę działają największe opory powietrza i obciążenia strukturalne – na co składa się nałożenie dwóch czynników: etapu pokonywania najgęstszych warstw atmosfery przy jednocześnie maksymalnej prędkości i przełamywaniu bariery dźwięku. Szczęśliwie do katastrofy na tym etapie nie doszło – choć rakieta pokonywała go przy już 5 niepracujących silnikach.

Zapis z oficjalnej transmisji startu z punktu T +1 minuta 9 sekund oraz T +1 minuta 17 sekund. To finał faza MaxQ, którą Starship pokonywał przy już 5 niepracujących silnikach. Credit: SpaceX

Po T +2 minuty Super Heavy wszedł w już bardziej rozrzedzone warstwy atmosfery, ale przy nie działających już 6 silnikach ich ciąg musiał zacząć rozkładać się jeszcze bardziej nierównomiernie, co w połączeniu z utratą sterowności 13 silników wewnętrznych po eksplozji HPU w T +29 sekund uniemożliwiło komputerom pokładowym zapanowanie nad trajektorią. W T+2 minuty 49 sekund powinno było nastąpić wyłączenie wszystkich silników („MECO”), a 3 sekundy później odrzucenie Super Heavy poprzedzające o 5 sekund zapłon 6 silników Starshipa. Nie doszło ani do MECO ani do separacji pierwszego członu. Cała konstrukcja wznosiła się w dotychczasowej konfiguracji, a przez fakt utraty sterowności i przekroczenia 30 km wysokości gdzie atmosfera jest już rozrzedzona, 120-metrowy gigant zaczął schodzić z wymaganej trajektorii i wpadł w rotację.

Zapis z oficjalnej transmisji startu z punktu T+2 minuty 51 sekund i T+3 minuty 21 sekund. W pierwszym kadrze mijają 2 sekundy od planowanej separacji Super Heavy, gdy rakieta jest już wyraźnie poza trajektorią; na drugim kadrze moment maksymalnej wysokości 39 km i dalsza rotacja całej rakiety. Credit: SpaceX

Przez kolejnych 70 sekund cała konstrukcja w niekontrolowany sposób kontynuowała obracanie dochodząc do maksimum wysokości 39 km w czasie T+3 minuty 8 sekund, którą utrzymała do T+3 minuty 21 sekund, po czym całość zaczęła opadać nadal rotując. W czasie T +3 minuty 59 sekund i T+4 minuty 1 sekunda na wysokości 29-30 km za pomocą ładunków wybuchowych systemu FTS (Flight Termination System) nastąpiła detonacja rakiety Super Heavy i statku Starship.

W jego przypadku eksplozji uległa całość wtłoczonego ciekłego metanu i ciekłego tlenu, gdyż przez brak separacji pierwszego członu statek nie miał okazji uruchomić swoich silników by rozpocząć spalanie paliwa - stąd druga detonacja (Starshipa) stworzyła w powietrzu wyraźnie większą eksplozję od wcześniejszej o 2 sekundy detonacji prawie pustego już boostera Super Heavy. Detonacji dokonano przy bezpiecznym pułapie i silnym oddaleniu od lądu nad Zatoką Meksykańską, stąd nie było tu istotnego zagrożenia dla bezpieczeństwa publicznego. Federalna Agencja Lotnictwa (FAA) oczywiście uziemiła projekt po tym teście, co nie jest niczym niespodziewanym w wyniku eksplozji rakiety, ale z pewnych względów uzyskanie ponownej zgody na lot może nie być tak łatwe do uzyskania.

Zapis z oficjalnej transmisji startu z punktu T +3 minuty 59 sekund z detonacji Super Heavy i z T+4 minuty 2 sekundy tuż po detonacji Starshipa. Od momentu osiągnięcia najwyższego pułapu do detonacji baterii FTS rakieta zdążyła obniżyć wysokość o blisko 10 km. Credit: SpaceX

Garść przemyśleń

Test IFT-1 traktuję za sukces z bardzo poważnymi obawami. Za największy plus wpływający na tytuł felietonu bez wątpliwości uznaję fakt, że ten kolos w ogóle ruszył i nie eksplodował podczas odpalenia silników na wyrzutni, zwłaszcza gdy za moment przejdziemy do tego co te silniki dokonały. To był najgorszy możliwy scenariusz – wybuch takiej ilości paliwa w konstrukcji mierzącej 120 metrów wysokości i 9 metrów średnicy musiałby poskutkować kompletną destrukcją wieży startowej, poważnymi zniszczeniami platformy OLM, potencjalnie bazą Starbase stając się wydarzeniem o wręcz kataklizmowym charakterze i bardzo wysokim stopniu ryzyka dla bezpieczeństwa publicznego. Takie wydarzenie pozbawiłoby SpaceX szansy na szybkie ponawianie prób i udoskonalanie koncepcji.

Tak się na szczęście nie stało – rakieta nie tylko nie wybuchła, ale też pomyślnie opuściła wyrzutnię. I to traktuję za największy wyczyn ekipy SpaceX, bo w tym miejscu dochodzimy do czegoś zarazem najbardziej druzgocącego.

Od początku pracy silników na transmisji i późniejszych nagraniach internautów mogliśmy widzieć deszcz odłamków i gruzu wystrzeliwujących spod rakiety wokoło niej na znaczną wysokość i odległość. Sądząc po ilości gruzu, czy raczej istnego „deszczu meteorytów” jaki wystąpił nawet kilkaset metrów od stanowiska startowego niszcząc m.in. zaparkowane zbyt blisko samochody sprawia, że jest czymś absolutnie niewiarygodnym, że w tym obłoku gruzów - tak - gruzów, a nie pary wodnej! - cała ta burza pyłowa i wszystkie odłamki betonu nie doprowadziły do natychmiastowego wybuchu rakiety jeszcze przed oderwaniem od OLM gdy silniki zaczęły pracę. Jeśli tyle gruzu dotarło setki metrów poza stanowisko startowe (nagranie poniżej) to nie chcę nawet myśleć o tym, co działo się bezpośrednio pod rakietą i jaka chmura odłamków produkowanych przez działanie takiej ilości Raptorów musiała powstać tuż pod sekcją silnikową.

"Deszcz meteorów" z kamery kilkaset metrów od stanowiska startowego. W 14 sekundzie nagrania widoczne zniszczenie samochodu, po 20 sekundzie główna część "bombardowania" trwająca praktycznie do końca nagrania. Credit: LabPadre

Dwa wybrane kadry z w/w nagrania. Credit: LabPadre

Późniejsze zdjęcia ukazały pod wyrzutnią… krater! Tak – Super Heavy wygenerował głęboki na kilka metrów krater, a betonowe nogi platformy OLM zniszczył aż do samych fundamentów i głęboko ukrytych stalowych zbrojeń. Choć wiele gruzu wyemitowano poza otoczenie OLM, to nie da się ukryć, że taka forma stanowiska startowego nie wróży nic dobrego dla silników i rakiety w kolejnych testach. Jest bardzo możliwe, że część z nich uległa natychmiastowemu uszkodzeniu właśnie z powodu pyłu lub odłamków, jakie lawinowo stały się produkowane z chwilą zapłonu silników w bezpośredniej ich bliskości. Warto tu sobie zdawać sprawę, że minęło niemal 10 sekund od ich zapłonu zanim rakieta zaczęła odrywać się od OLM, gdy można było odnieść wrażenie, że ta zdająca się trwać godzinami chwila w ogóle nie przynosi wyłaniania się Starshipa z ponad chmury gruzu i pyłu.

Po lewej: krater pod platformą startową OLM i zniszczenie betonowej konstrukcji do samych zbrojeń. Credit: Toby Li. Po prawej: stan OLM z innej perspektywy. Credit: Max Evans. 

Po lewej: inne ujęcie na krater wytworzony zapłonem Super Heavy pod platformą OLM. Credit: LabPadre. Po prawej: wgniecenia zbiorników farmy paliwowej nieopodal stanowiska startowego, powstałe na skutek fali uderzeniowej po zapłonie silników rakiety Super Heavy. Credit: Max Evans. 

Na nagraniach SpaceX w zwolnionym tempie z kamer umieszczonych na wieży startowej (poniżej) widać, że już w pierwszych sekundach wznoszenia, jeszcze przed opuszczeniem wieży, 3 silniki nie działają.

W około T+9 sek. już nie działają 3 silniki - nagranie z kamery na wieży startowej. Credit: SpaceX

Pytanie na ile to zasługa chmury odłamków pod rakietą, a na ile sama natura Raptorów od początku będących kłopotliwymi w ujarzmianiu. Myślę, że tu SpaceX bezwzględnie musi dokonać koniecznych modyfikacji chcąc zrealizować plan dotarcia któregokolwiek Starshipa na orbitę przed końcem 2023 roku i że stanowisko startowe jest w tym momencie najsłabszym ogniwem całego projektu.

Start z kamery na wieży startowej - na jednym z ujęć (pierwsze) widoczne 3 niedziałające silniki Raptor jeszcze przed opuszczeniem wyrzutni. Niewykluczone, że tak nagła ich awaria może być efektem kontaktu z chmurą pyłu i gruzów powstałych pod platformą OLM, z którymi sekcja silnikowa rakiety mogła mieć wydłużony kontakt zanim zaczęła się wznosić. Od zapłonu Raptorów do pierwszego ruchu Starshipa minęło niemal 10 sekund. Credit: SpaceX

Prawdę napisawszy nawet nie wyobrażam sobie tolerowania czegoś takiego na czas misji operacyjnych, gdy loty testowe będą już ukończone. Nawet gdyby 99% odłamków i pyłu pod OLM emitowanych było daleko poza rakietę, jakiekolwiek ryzyko dostania się ich choćby w ograniczonej ilości do silników zwiększać będzie prawdopodobieństwo ich awarii lub wybuchów, jeśli nie od razu na wyrzutni to jakiś czas po rozpoczęciu wznoszenia, co i tak zdecydować musiałoby o niepowodzeniu wejścia na orbitę. Widać tu bardzo wyraźnie jak dotkliwym jest brak wodnego systemu tłumiącego na skalę znaną nam z wyrzutni na przykład w Centrum Kosmicznym Kennedy’ego (KSC), gdzie kilkanaście sekund przez zapłonem silników obojętnie jakiej rakiety, ale zwłaszcza najcięższych, wtłaczane są pod wyrzutnię tak niebotyczne ilości wody, przy których system kilkunastu spryskiwaczy zainstalowanych na OLM dla potrzeb Starshipa wydaje się mieć dosłownie zerowe znaczenie. Mam wrażenie, że te parę strumyków wody w OLM niczym z cewki kogoś cierpiącego na przerost prostaty - tylko „rozbawiły” rakietę, o ile w ogóle „zorientowała się ona”, że cokolwiek pod nią wytłumia pracę silników.

Wizualizacja pracy wodnego systemu tłumiącego w platformie OLM. Określenie "wodny system tłumiący" wydaje się jednak tutaj dużym nadużyciem - kilkanaście natrysków z niewielkim strumieniem wydaje się blednąć w zetknięciu z pracą 33 Raptorów rakiety Super Heavy. Skala działania takiego systemu spryskiwaczy jest nieporównywalnie słabsza od systemu wytłumiającego pod stanowiskami startowymi znanymi nam choćby z Centrum Kosmicznego Kennedy'ego na Florydzie, gdzie przed odpaleniem silników wtłaczane są pod rakietę olbrzymie ilości wody, skutkiem czego rakieta startuje w oparach pary wodnej, a nie chmurze pyłu i betonowego gruzu. Ponadto wyrzutnie w KSC posiadają tunele odprowadzające ciąg daleko poza stanowisko startowe, co pozwala zachować podgląd na startujące rakiety cały czas od zapłonu zanim jeszcze wzbiją się ponad obłok pary wodnej. To korzyść nie tylko technologiczna z perspektywy bezpieczeństwa rakiety, ale i praktyczna, pozwalająca obserwować zachowanie i stan rakiety w momencie zapłonu silników jeszcze zanim rozpocznie się wznoszenie. W przypadku OLM i Starshipa - żadna z tych koncepcji nie została zastosowana, co odbiło się efektami jak wyżej przytoczone w tym tekście. Credit: SpaceX

Rozumiem kwestię kosztów. Biorę pod uwagę także kwestię dotyczącą realiów prawnych w USA na uzyskanie pozwolenia budowy stanowiska startowego na kształt wyrzutni z Przylądka Canaveral, zwłaszcza przy tak niewdzięcznym rodzaju gruntów nad Zatoką Meksykańską, gdzie wysoki poziom wód gruntowych i ogólna bagnistość terenu taką budowę mogłyby uczynić wątpliwą. Nie mniej biorąc pod uwagę ciąg produkowany przez Super Heavy, który przecież od początku był dobrze znany pomysłodawcom projektu, trudno pojąć decyzję o startowaniu ze stanowiska, do stworzenia którego zrezygnowano z jakichkolwiek korytarzy odprowadzających ciąg na bok i pozbawionego choćby namiastki kurtyn wodnych jak pod wyrzutniami w KSC. Wspomniane spryskiwacze w OLM trudno nazwać nawet namiastką wodnych systemów tłumiących, bo przy zapłonie 33 Raptorów mogłoby ich równie dobrze nie być i efekt byłby ten sam.

Krótko kwitując ten aspekt: ekipa SpaceX jest ogromnymi szczęściarzami, że przy takim rodzaju stanowiska startowego i wygenerowanej chmurze gruzu docierającego setki metrów dalej, całość startująca w warunkach burzy pyłowej nie eksplodowała przed opuszczeniem wieży wywołując lokalny kataklizm.

Ale to zarazem świadectwo istnej pancerności Super Heavy i Starshipa, która pokazała jak wiele jest w stanie wytrzymać w tak skrajnie niekorzystnych warunkach - i choć koniec końców warunki te uniemożliwiły wejście na orbitę, to pozwoliły rakiecie na znacznie, naprawdę ZNACZNIE więcej lotu, niż ktokolwiek mógłby zakładać wiedząc wcześniej, co się wydarzy pod platformą startową podczas zapłonu z prawie 10 sekundowym traktowaniem betonowej konstrukcji 33 silnikami Raptor zanim rakieta w ogóle ruszy w górę.

Pocieszającym jest także fakt, że docelowo w misjach operacyjnych oraz kolejnych testach IFT boostery Super Heavy czekające na lot wykorzystywać będą elektryczny system dla sterowania wektorem ciągu silników zamiast hydraulicznego, który mógł zostać uszkodzony odłamkami by eksplodować w 29 sekundzie lotu. Zachowanie sterowności 13 wewnętrznych silników wydaje się więc w następnym teście bardziej pewne, co stworzyć powinno szerszy wachlarz możliwości sterowania kierunkiem ciągu i łatwiejszym stabilizowaniem orientacji rakiety, nawet gdyby niektóre silniki znowu wyłączały się przedwcześnie powodując nierównomierne rozkładanie ciągu. Teoretycznie.

Eksplozja jednostki HPU w T+29 sekund, odpowiadającej za sterowanie wektorem ciągu 13 silników wewnętrznych. Na boosterze B7 były dwie takie jednostki, utrata dowolnej oznacza utratę możliwości sterowania kierunkiem ciągu silników stanowiącym konieczną funkcję podczas nabierania wysokości dla zachowania właściwej trajektorii. Credit: SpaceX / Geoff 

Następna rzecz: separacja Starshipa od Super Heavy. Niewłaściwa praca silników Raptor i utrata sterowności to jedna rzecz, ale odrzucenie zużytego boostera Super Heavy to rzecz już zupełnie inna, która w żadnym razie nie powinna być uzależniona od tej pierwszej. I pewnie nie jest (to znaczy mam taką nadzieję), ale wyglądało to zgoła odmiennie. To bardzo krytyczna kwestia z perspektywy bezpieczeństwa astronautów, gdyby w trakcie wznoszenia doszło do anomalii Super Heavy.

Jak wiemy, statek Starship nie ma systemu ratunkowego. W tym względzie konstrukcja SpaceX powtarza fatalny błąd, jaki dotykał przez 30 lat amerykańskie wahadłowce, z których załoga w razie anomalii nie mogła się ewakuować podczas startu w pierwszych 2 minutach pracy rakiet wspomagających na paliwo stałe. Jeśli w najbardziej niebezpiecznej fazie startu wydarzyłoby się coś złego, astronauci z promów kosmicznych nie mogli nic uczynić. Przyszłe załogi Starshipa, o ile jego koncepcja jaką dziś znamy jest ostateczna, będą skazane na to samo i to jedna z największych wad, jakich upatruję w pomyśle tej rakiety.

Nie wiem na ile brak udanej separacji Super Heavy był zamierzony. Niewykluczone, że SpaceX chciało przetestować możliwości całej konstrukcji w niekontrolowanej rotacji w prędkości naddźwiękowej, bo zebranie telemetrii w tak niestandardowej sytuacji może być na wagę złota, w jednej chwili dając większy zasób wiedzy co poprawić przed kolejnymi lotami, niż setki teoretycznych rozważań na papierze. Chciałbym, żeby tak było - że celowo nie dokonano separacji boostera. Jeśli jednak miałoby się okazać, że odrzucenia Super Heavy w T +2 minuty 49 sekund chciano dokonać, ale z jakichś powodów technicznych stała się ona niewykonalna, na przykład w wyniku jakichś uszkodzeń powstałych w kontakcie z chmurą gruzów na stanowisku startowym, to byłaby to rzecz straszna. Nie wiem, jaki był rzeczywisty powód kontynuowania przez ponad dodatkową minutę lotu całej konstrukcji, ale nie wyglądało to dobrze z perspektywy przyszłych lotów załogowych pod kątem możliwości ocalenia załogi w razie problemów z Super Heavy. Nikt przecież w razie anomalii nie będzie chciał myśleć o detonacji boostera, gdy zatankowany do pełna Starship z załogą wciąż jest na jego szczycie, tymczasem innej opcji nie będzie.

Podobnie jednak jak przy krytyce podejścia SpaceX do stanowiska startowego, tak i w kwestii separacji Super Heavy trzeba odnotować także tę lepszą stronę medalu. Jest nią pokazanie, że cała 120-metrowa konstrukcja jest rakietą BARDZO wytrzymałą. Pomimo anomalii z silnikami, eksplozji jednostki HPU sterowania wektorem ciągu i niekontrolowaną rotacją trwającą ponad minutę – Starship i Super Heavy pozostały w integralnej konfiguracji nie ulegając rozerwaniu i zniszczeniu, co jest równie zachwycające jak fakt, że rakiety nie zniszczyła od razu chmura gruzowiska i pyłu w pierwszych sekundach, gdy całość jeszcze nie odrywała się od wyrzutni.

Naprawdę - myślę, że gdyby ktokolwiek przed startem miał świadomość ile odłamków powstanie z chwilą zapłonu Super Heavy, jak daleko one dotrą i jakim „deszczem meteorytów” się staną dla otoczenia stanowiska startowego – nikt nie wierzyłby, że coś takiego nie wpłynie natychmiastowo i w sposób katastrofalny na stojącą na platformie OLM rakietę, zwłaszcza jej 33 silniki. A że całe to 120-metrowe monstrum wytrzyma kilkadziesiąt sekund koziołkowania przy naddźwiękowej prędkości ponad 2100 km/godz. na pułapie 30-40 km nad Ziemią nie ulegając rozerwaniu i samoistnej eksplozji – tym bardziej mało kto by uwierzył. Miejmy w tym miejscu świadomość, że Super Heavy/Starship nie eksplodowały same z siebie, jak może wynikać z nagłówkowych informacji w różnych mediach, ale zostały zdetonowane celowo przez kontrolę lotu ze względów bezpieczeństwa, gdy już stało się jasne, że opadają i nie ma szans na kontynuowanie lotu. Jednym zdaniem, to bardzo obiecująca pod względem wytrzymałościowym konstrukcja.

Jedno z nieoficjalnych nagrań startu z momentu pokonywania fazy MaxQ i pierwszych chwil wpadania rakiety w niezamierzoną rotację na wyższym pułapie. Credit: Michael Baylor.

Tak wytrzymała, że nawet system destrukcji FTS nie był w stanie natychmiastowo dokonać tego, do czego został stworzony i na rakiecie zainstalowany. Z amatorskich nagrań - najciekawszym bez wątpienia to wideo, widać, że w momencie detonacji FTS rakieta nie ulega rozerwaniu - ładunki wybuchowe jedynie formują dziury w boosterze i Starshipie, przez które rozpoczyna się wyciek paliwa (11 minuta - detonacja FTS w Starshipie, 11 minuta 2 sekunda - w boosterze). Przez kolejną minutę rakieta opada do ostatecznej eksplozji - 12 minuta. Nie doczekaliśmy się do dnia dzisiejszego jakichś skonkretyzowanych informacji co do tego, czy problemem była zbyt niewielka ilość materiałów wybuchowych w stosunku do mocarnej jak się okazało konstrukcji rakiety czy zbyt opóźniona reakcja systemu skutkująca zniszczeniem całości ponad minutę po czasie.

Bez względu jednak na odpowiedź, sposób zadziałania FTS wydaje się drugim po wyrzutni najsłabszym ogniwem pierwszego testu Super Heavy/Starshipa, wymagającym bezwzględnego udoskonalenia. W tym względzie znów SpaceX miało dużo szczęścia, że rakieta była ponad 30 km nad Ziemią. W hipotetycznej sytuacji zejścia rakiety z trajektorii już kilkanaście sekund po starcie i przykładowo - rozpoczęciu kierowania się jej w stronę widzów nieopodal bazy Starbase - kilkudziesięciosekundowa zwłoka w detonacji rakiety po uruchomieniu FTS doprowadziłaby do ogromnej tragedii skutkując tym, że Starship dawno zdążyłby się wbić w turystów zanim system destrukcji dokonałby detonacji w bezpiecznej od ludzi odległości. Kwestia systemu FTS jest więc jednym z elementów bezpieczeństwa, który w teście IFT-1 nie spełnił swojej funkcji na sposób, jakiego się od niego oczekuje.

Kilka sekund po aktywowaniu systemu destrukcji FTS rakieta zamiast ulec zniszczeniu nadal ma się świetnie. Ładunki wybuchowe FTS jedynie wybiły dziury w boosterze (większa na grafice) i statku Starship, przez które rozpoczęło wyciekać paliwo, ale ostateczna eksplozja nastąpiła ponad minutę później. Gdyby do podobnej sytuacji wymuszającej detonację rakiety doszło przy niewielkim pułapie krótko po starcie, tak duży czas między aktywacją FTS a zniszczeniem rakiety wiązałby się z olbrzymim niebezpieczeństwem dla ludności obserwującej start z okolic Starbase. Credit: Everday Astronaut.

No i kwestia silników. Raptory od początku są dla SpaceX bardzo problematyczne. To nowatorska konstrukcja, opierająca się o spalanie ciekłego metanu, ciekłego tlenu w roli utleniacza, zapewniająca bardzo silny ciąg na poziomie 2,4 MN w próżni w porównaniu do 0,8 MN dla silników Merlin stosowanych w rakietach Falcon 9 i Falcon Heavy, a wszystko dla stworzenia możliwości wynoszenia bezprecedensowej masy ładunków i w konsekwencji spadku cen za wystrzelenie każdego kilograma w przestrzeń kosmiczną. Niestety kwestia jednoczesnej pracy aż 33 silników obok siebie jest od początku jedną z najbardziej kłopotliwych, przywołującą na myśl radzieckie rakiety N1, które 4 razy próbowały osiągnąć orbitę w latach 60. XX wieku i ani razu tego nie dokonały - w zamian za to jedna z nich stała się sprawczynią jednej z największych eksplozji stworzonych przez człowieka, a nie będących bombą atomową.

Olbrzymia energia, wibracje, wzajemne oddziaływanie jednych jednostek na drugie, trudności w dławieniu ciągu etc. przekłada się na taki stopień skomplikowania systemu napędowego i kłopot w jego ujarzmianiu, że może się to stać największą kulą u nogi dla całej konstrukcji. Od początku SpaceX dokonało licznych prac i modyfikacji Raptorów, ale pierwszy test IFT pokazał, że nadal są one bardzo podatne na wyłączanie się. Pytanie jednak na ile są już dopracowane (bo może są już całkiem nieźle opanowane) a na ile mogły w locie testowym zawieść oczekiwania z innych względów, zwłaszcza z powodu startu w "burzy pyłowej" i wspomnianego kontaktu z chmurą odłamków przy zapłonie, czy też na skutek sąsiedztwa innych silników, z których każdy w jakimś stopniu oddziałuje na pobliskie jednostki poddając je wstrząsom, wibracjom, wzmożonej temperaturze i ogólnie ekstremalnym warunkom powodującym skłonność do przedwczesnego kończenia pracy.

Pierwsze kilkanaście sekund starty rakiety Super Heavy ze statkiem Starship z perspektywy drona nad bazą Starbase w Boca Chica. Credit: SpaceX  

Kończąc i podsumowując, jak widzę w punktach co dał wszystkim pierwszy test IFT:

1) Wykazał bardzo dużą, zachwycającą wręcz wytrzymałość strukturalną całej rakiety, która mimo gabarytów nie eksplodowała ani nie uległa dezintegracji nawet po wpadnięciu w anomalną rotację przy prędkości naddźwiękowej.

2) Najwięcej pracy stoi przed SpaceX w temacie stanowiska startowego i konieczności stworzenia warunków, w których albo zostanie radykalnie ograniczona ilość pyłu, gruzu i odłamków produkowanych podczas zapłonu Super Heavy albo stworzona zostanie droga do ich bardziej efektywnego odprowadzania poza wyrzutnię dla minimalizacji ryzyka uszkodzenia silników i samej rakiety przed rozpoczęciem wznoszenia. SpaceX już przystąpiło do przebudowy stanowiska startowego poprzez zastosowanie planu, o jakim mówiło się jeszcze przed lotem testowym. Zamiast betonu pod stołem OLM znajdzie się stalowa płyta chłodzona wodą. SpaceX chce uniknąć w ten sposób wyprodukowania kolejnej burzy pyłu i betonowych odłamków, pytanie tylko na ile to rozwiązanie pozwoli skutecznie odprowadzić ciąg poza stanowisko startowe.

3) Konieczne będą dalsze prace nad silnikami Raptor dla zmniejszenia ich podatności do awarii i przedwczesnego wyłączania.

4) Jest kiepsko, by nie rzec fatalnie pod kątem separacji Super Heavy w razie anomalii – tutaj od razu jednak dodaję przypis, że być może nie jest źle o ile odrzucenia boostera nie dokonywano celowo, bo powodów nie dokonywania zamierzonej separacji też mogło być wiele, choćby najbardziej prozaiczny, dla zdobycia jak największej ilości danych telemetrycznych o zachowaniu całej konstrukcji przy zejściu z właściwej trajektorii.

5) System podawania paliwa z farmy paliwowej do zbiorników Super Heavy i Starshipa jest praktycznie dopracowany. Mokre testy tankowania (WDR) każdorazowo przebiegły pomyślnie bez żadnych wycieków, tankowanie przed czwartkowym startem także obyło się bez większych trudności - jedną napotkaną rozwiązano już natychmiastowo i możemy tu mówić o kompletnie nowej jakości w porównaniu choćby z systemem SLS, gdy raz po raz przecieki w trakcie ładowania ciekłego wodoru opóźniały start pierwszej misji programu Artemis o całe miesiące.

6) Zdobyto ogrom bezcennych danych o zachowaniu rakiety w anormalnych warunkach daleko wykraczających poza schemat zwykłego rutynowego lotu, co znając SpaceX momentalnie zostanie wykorzystane z korzyścią na rzecz kolejnych testów. Z kolei dzięki sprawnej produkcji boosterów Super Heavy i Starshipów, które już czekają na lot, SpaceX może sobie pozwolić na znacznie surowsze traktowanie swoich konstrukcji w praktyce, czego nie zastąpią najlepsze rozważania teoretyczne na papierze.

7) Ryzykowne umiejscowienie farmy paliwowej będzie wymagało albo stworzenia większych i skuteczniejszych zabezpieczeń zbiorników, albo przeniesienia ich w bardziej oddalone od wyrzutni miejsce. Druga opcja wymuszałaby bardziej gruntowne zmiany w infrastrukturze naziemnej i rodziła potencjalnie nowe problemy na przykład w procesie podawania paliwa do rakiety, więc nie zdziwi mnie, jeśli SpaceX ograniczy się tu do mniejszych zabiegów, a więcej uwagi i pracy przeznaczy na samo stanowisko startowe, które po teście IFT wydaje się najsłabszym ogniwem całego projektu w obecnym wydaniu. Można śmiało postawić tezę - i zresztą ją stawiam - że większości problemów z Super Heavy dałoby się uniknąć, gdyby więcej uwagi poświęcono skuteczniejszemu systemowi wytłumiania pracy silników i odprowadzania ciągu poza stanowisko startowe.

8) W związku z uszkodzeniami stanowiska startowego Elon Musk twierdzi o potrzebie 1-2 miesiąca do "ogarnięcia" by umożliwić drugi lot testowy. Myślę jednak, że będziemy mogli mówić o swoistym cudzie, jeśli jakimś trafem kolejna próba Starshipa okaże się wykonalna przed końcem tego roku. Tutaj warto zejść na ziemię i mimo kibicowania SpaceX nie da się traktować poważnie zapowiedzi o możliwości drugiego startu Super Heavy/Starship z tej samej platformy startowej w deklarowanym czasie 1-2 miesięcy.

9) Jest fatalnie patrząc na system destrukcji FTS. Poza solidną przebudową stanowiska startowego zostanie kwestia certyfikacji FTS i takiego jego udoskonalenia, by możliwe było udowodnienie Federalnej Administracji Lotnictwa Stanów Zjednoczonych (FAA), że w następnym teście w razie konieczności uruchomienie systemu destrukcji poskutkuje natychmiastowym zniszczeniem rakiety, a nie po minucie czy później, gdy już dawno może być za późno dla utrzymania bezpieczeństwa publicznego. Tu wchodzimy jeszcze głębiej we wszelką papierologię i biurokratyzację, szukanie słabych punktów przez FAA, której po tym co zobaczyła w IFT-1 z pewnością nie będzie się spieszyć do wydania ponownej zgody na lot, a to już bardzo znacząco może oddalać perspektywy drugiego testu do znacznie późniejszej części roku 2023.

10) W związku z powyższym poważnie powątpiewam w deklarowane osiągnięcie orbity przez tę rakietę do końca 2023 roku. Co za tym idzie opóźni się proces regularnych jej lotów orbitalnych i testowania misji tankujących na orbicie, certyfikacji pod kątem lotów załogowych i misji Artemis 3, dla której Starship ma stanowić lądownik po uprzednim zademonstrowaniu licznych, bezpiecznie zakończonych misji. Po ogromie prac jakie czekają SpaceX w kwestii stanowiska startowego i wszelkim przeciągającym się zabawom z administracją we wszystkich problematycznych punktach jakie się ujawniły, zwłaszcza systemem FTS, ponowne wystrzelenie tej rakiety umiejscawiam dopiero w 2024 roku - nie zmienia to faktu, że chętnie przeżyłbym pozytywne zaskoczenie, ale raczej się go nie spodziewam. Myślę, że tym razem SpaceX ma do zrobienia zbyt wiele, aby łudzić się wciąż bieżącym rokiem jako terminem ponownego wystrzelenia Super Heavy i Starshipa.

Powiązane:

LIVE BLOG: IFT-1 Super Heavy-Starship - Próba startu największej rakiety w historii - blog na żywo

Starship gotowy. Ostatnie dni przed debiutem największej rakiety w historii i 50% szans na sukces (lub widowiskowe bum)

  f    t    yt   Bądź na bieżąco z tekstami, zapowiedziami, alarmami zorzowymi i wiele więcej - dołącz do stałych czytelników bloga na Facebooku, obserwuj blog na Twitterze, subskrybuj materiały na kanale YouTube lub zapisz się do Newslettera.

Oprac. własne w oparciu o SpaceX, SpaceflightNow, NASASpaceFlight, PFA.