IFT-2: FAA dała zielone światło dla drugiego startu Starshipa

Po niemal siedmiu miesiącach od pierwszego startu największej i najpotężniejszej rakiety w historii SpaceX uzyskało licencję od Federalnej Agencji Lotnictwa (FAA) Stanów Zjednoczonych dla następnej próby lotu Starshipa. Za niespełna 4 dni upłynie siódmy miesiąc odkąd doszło do lotu IFT-1 (Integrated Flight Test-1), w ramach którego ponad 120-metrowy "potwór" bazujący na układzie 33 silników Raptor wzbił się w błękitne niebo nad Zatoką Meksykańską z gwiezdnej bazy Starbase w Boca Chica w Teksasie. Po niespełna czterech minutach test zakończył się zdalnym zniszczeniem rakiety, w efekcie czego przed ponownym jej dopuszczeniem do lotów SpaceX musiało przeprowadzić gruntowne śledztwo w sprawie przyczyn niepowodzenia oraz poczynić cały szereg prac związanych z rakietą i infrastrukturą naziemną by możliwe było wydanie zgody przez FAA na następną próbę. Dziś po bez mała siedmiu miesiącach wiemy już, że SpaceX może po raz drugi próbować szczęścia ze swoją najpotężniejszą konstrukcją w ten weekend.

Od czasu testu IFT-1 SpaceX dokonało licznych modyfikacji nie tylko Starshipa, ale także stanowiska startowego. W następstwie katastrofy pierwszego Starshipa FAA zleciła SpaceX dokonanie 63 poprawek w celu zwiększenia bezpieczeństwa i wydajności lotów. Najważniejsza zmiana dotyczy rejonu wyrzutni. Pod platformą OLM (Orbital Launch Mount), na której rakieta jest umieszczana przed wystrzeleniem zainstalowano stalową płytę zintegrowaną z potężnym wodnym systemem zalewowym dla wytłumienia energii cieplnej i akustycznej silników Raptor podczas zapłonu oraz uniknięcia zniszczeń wyrzutni na podobieństwo lotu inauguracyjnego.

Przypomnieć tu warto, że SpaceX decydując się na wystrzelenie najpotężniejszej rakiety w historii z platformy OLM kilkadziesiąt metrów nad betonową płytą bez jakichkolwiek deflektorów płomieni i wodnego systemu tłumiącego doprowadziło do sytuacji, w której podczas zapłonu pod wyrzutnią powstał głęboki na kilka metrów krater, potężne betonowe nogi stołu OLM zostały zniszczone do stalowych zbrojeń, a wygenerowana podczas odrywania się rakiety od OLM pyłowo-betonowa burza ogarnęła całe stanowisko startowe powodując kamienny deszcz odłamków na znacznym obszarze poza samym stanowiskiem startowym, które dotarły nawet kilkaset metrów od brzegów Zatoki Meksykańskiej. O ile przeprojektowanie wyrzutni okaże się dostateczne, podobne niepożądane efekty podczas lotu IFT-2 nie powinny już się powtórzyć.

W poprzednich miesiącach SpaceX dokonało próby odpalenia silnika Raptor nad makietą płyty stalowej upodabniającą warunki testu do przebudowanej platformy OLM już z zainstalowaną stalową płytą i uruchomionym systemem zalewowym, jednak odpalenie silnika z racji na ograniczony charakter testu nie może dawać firmie Muska pełnej gwarancji na sukces, bo warunki testu nadal były wyraźnie łagodniejsze względem rzeczywistej próby startu.

Test wytrzymałości stalowej płyty z działaniem systemu zalewowego podczas "traktowania" Raptorem. Tu próba odbyła się na makiecie, nie realnym stanowisku startowym, z wykorzystaniem jednego, a nie 33 silników. Credit: Space.com/SpaceX

Przy takim przeprojektowaniu wyrzutni liczy się nie tylko to, aby Starship odrywając się od ziemi nie został narażony na pyłowo-kamienne bombardowanie, zwłaszcza strefy silnikowej i osłony termicznej, ani nie doprowadził do podobnej burzy pyłowej i "deszczu meteorytów" w otoczeniu kompleksu startowego gdzie zgromadzą się liczni obserwatorzy, ale także aby okazała się to infrastruktura zdolna wytrzymywać dziesiątki, a raczej setki kolejnych startów, by być gotową dla czynienia następnych lotów bez konieczności długoczasowych napraw wyrzutni i jej bezpośredniego otoczenia po każdym przeprowadzanym locie. Nawet jeśli stalowa płyta i kurtyny wodne okażą się wystarczające dla bezpiecznego wystrzelenia Starshipa w teście IFT-2 lecz płyta ulegnie zużyciu zbyt poważnemu dla myślenia o kolejnym starcie bez jej napraw, to konstrukcja w dalszym ciągu będzie wymagać poprawek.

Krater pod platformą startową OLM i zniszczenie betonowej konstrukcji do samych zbrojeń po starcie Starshipa w ramach testu IFT-1. Credit: Toby Li.

Sam Starship doczekał się, jak tweetował swego czasu Elon Musk - ponad 1000 poprawek konstrukcyjnych względem oryginału, jaki wzbił się w niebo 20 kwietnia tego roku. Najbardziej zauważalna, ale i potencjalnie niepewna nowość w konstrukcji rakiety wynika z decyzji Muska o zmianie przeprowadzania separacji pierwszego stopnia (rakiety Super Heavy) niespełna 3 minuty po starcie. Do tej pory założyciel SpaceX planował łagodniejszą formę odrzucenia zużytej rakiety Super Heavy po uprzednim wyłączeniu wszystkich 33 silników Raptor i około 4-sekundową przerwę między odrzuceniem Super Heavy a zapłonem 6 silników samego statku Starship (jako drugiego stopnia całej konstrukcji).

Nowy moduł doinstalowny do szczytu rakiety Super Heavy - pierścień "gorącej separacji" złożony jest niemal w całości z otworów wentylacyjnych mających odprowadzać gazy wylotowe z silników statku Starship poza oś rakiety Super Heavy, która zostanie odrzucona po zapłonie drugiego (Starship) stopnia. Credit: SpaceX

Obecnie planowane jest przeprowadzanie tzw. "gorącej separacji" - Starship ma uruchomić swoje silniki zanim wszystkie 33 Raptory boostera Super Heavy zamilkną i zanim nastąpi odrzucenie pierwszego stopnia. Ta zmiana koncepcji rozłączenia wymusiła poprawkę konstrukcyjną w postaci dodania na szczyt boostera Super Heavy specjalnego pierścienia niemal w całości złożonego z otworów wentylacyjnych, który ma wspomóc rozejście się płomieni uruchamianych silników Starshipa poza konstrukcję rakiety oraz poprawki związane z zabezpieczeniem górnej części Super Heavy przed zniszczeniem, gdy silniki Starshipa zaczną pracę jeszcze przed odrzuceniem pierwszego stopnia. Ma to w założeniu zwiększyć o dodatkowe 10% ładowność Starshipa, która przypomnijmy - nawet w pierwotnym wariancie w założeniach przekraczała 100 ton. Procedura "gorącej separacji" nie jest nowością w lotach kosmicznych - z powodzeniem stosowana jest w rosyjskich Sojuzach, gdy drugi stopień także uruchamia swoje silniki przed separacją zużytego już stopnia pierwszego, zaś przez Amerykanów obecnie nie jest stosowana w żadnych rakietach.

Zdecydowanie się na pierwszy start z tak wątpliwej konstrukcyjnie wyrzutni i doprowadzenie do wspomnianych skutków po wystrzeleniu zaowocowało także pozwami ze strony organizacji ochrony środowiska, na czele z FWS (Służba Połowu i Dzikiej Przyrody Stanów Zjednoczonych) którym tak samo jak Federalnej Agencji Lotnictwa SpaceX musiało w toku dochodzenia po IFT-1 i wdrażanych poprawek udowodnić, że następny lot Starshipa nie będzie miał tak destrukcyjnego wpływu na lokalną faunę i florę. Dochodzenie FWS wszczęto na podstawie obowiązującej w USA ustawy o zagrożonych gatunkach w związku z wdrożeniem wspomnianego systemu zalewowego - jego aktywacja przed startem rakiety wytwarza pod wyrzutnią na tyle duże ilości wody dostającej się następnie do otaczającego wyrzutnię ekosystemu i środowiska, że FWS dochodzenie uznała za konieczność.

Test działania systemu zalewowego nad stalową płytą zaisntalowaną pod platformą OLM. Credit: Space.com/SpaceX

Test systemu zalewowego nad stalową płytą zainstalowaną pod platformą OLM. Oba usprawnienia mają zminimalizować ryzyko zniszczenia stanowiska startowego, w konsekwencji stworzenia zagrożenia publicznego i potencjalnych zniszczeń rakiety Super Heavy, zwłaszcza sekcji silnikowej. Credit: SpaceX

O tym na ile nowe rozwiązania w infrastrukturze naziemnej oraz konstrukcji samej rakiety okażą się krokiem na przód przybliżając SpaceX do uczynienia ze Starshipa konstrukcji mającej wspomóc NASA w ramach programu Artemis i doprowadzić do powrotu ludzi na Srebrny Glob, przekonać się powinniśmy w najbliższy weekend - być może już jutro.

W ostatnich dniach na Starshipie dokonano zainstalowania zmodyfikowanego, solidniejszego systemu FTS (Flight Termination System) uruchamiającego ładunki wybuchowe na rakiecie w razie stwierdzenia przez kontrolę naziemną anomalii i zejścia z kursu. Ten element także zawiódł w pierwszym teście powodując jedynie wybicie dziur w konstrukcji, zamiast doprowadzić do jej natychmiastowego zniszczenia, ale z drugiej strony pokazało to niezwykłą wytrzymałość strukturalną rakiety. Kontynuowała ona lot poza kursem przez blisko minutę od wydania komendy detonacji FTS i tylko fakt, że przebywała wysoko, blisko 40 km nad Zatoką Meksykańską sprawił, że SpaceX uniknęło najgorszego scenariusza w zakresie bezpieczeństwa publicznego. Minione dni upłynęły także pod znakiem prac techników nad osłoną termiczną Starshipa, która w toku przygotowań do startu "zgubiła" nieco płytek TPS (Thermal Protection System).

Wprawdzie nie jest zbyt prawdopodobne, aby statek tej osłony już w drugim locie potrzebował (bo oznaczałoby to zrealizowanie pełnego planu lotu, z okrążeniem Ziemi i powrotem do atmosfery zwieńczonym planowanym roztrzaskaniem Starshipa o wody Pacyfiku u wybrzeży Hawajów), ale nie zmienia to faktu, że statek musi być gotowy w pełnym rynsztunku. Prawdopodobieństwo wykonania 100% założeń w ramach testu IFT-2 jest niewielkie, ale dużym sukcesem dla SpaceX będzie z pewnością już samo wystartowanie bez zrujnowania wyrzutni pod OLM, pokonanie fazy MaxQ i "gorąca separacja" obu członów. Wydawać by się mogło, że po tylu miesiącach wprowadzania poprawek SpaceX powinno być znacznie bardziej pewne wejścia Starshipa na orbitę po pomyślnych ośmiu i pół minutach od startu, jednak z uwagi na wspomnianą ilość modyfikacji przekraczającą 1000 poprawek mamy do czynienia - w pewnym sensie - z nową konstrukcją, w ramach której potencjalnie mogą istnieć niezliczone nowe scenariusze prowadzące do anomalii.

Od drugiego lotu Starship, a konkretnie Super Heavy będzie posiadał także elektryczny system sterowania wektorem ciągu silników TVC (w przeciwieństwie do hydraulicznego systemu użytego w teście IFT-1) co stworzyć powinno szerszy wachlarz możliwości sterowania kierunkiem ciągu i łatwiejszym stabilizowaniem orientacji rakiety, nawet gdyby niektóre silniki znowu wyłączały się przedwcześnie. W czasie testów Raptorów w ostatnich miesiącach SpaceX sukcesywnie zwiększało czas działania swoich silników, które w realnym starcie powinny zapewnić prawidłową, nieprzerwaną pracę przez 2 minuty 39 sekund od zapłonu. W pierwszym locie 3 z 33 silników nie działały już w trakcie opuszczania wyrzutni startowej, kolejne 3 zgasły w następnych kilkunastu sekundach, skutkiem czego Starship pokonywał fazę MaxQ i pozostałą część wznoszenia do czasu zejścia z kursu na jedynie 27 działających jednostkach. Sama strefa silnikowa także doczekała się licznych przeprojektowań m.in. dla lepszego odprowadzania gazów wylotowych celem minimalizacji wycieków paliwa w niewłaściwych miejscach i tym samym podatności na eksplodowanie newralgicznych elementów tej sekcji rakiety.

W przeciwieństwie do IFT-1, w drugim locie testowym planowane są również liczne modyfikacje procedur w ramach końcowego odliczania i wznoszenia na orbitę. Na 10 sekund przed czasem T-0 wyznaczone jest uruchomienie systemu zalewowego nad stalową płytą znajdującą się bezpośrednio pod rakietą. Zapłon 33 silników Raptor nastąpić ma nie w czasie T -8 sekund, ale dopiero w T -3 sekundy, celem nieco krótszego oddziaływania Super Heavy na stanowisko startowe i z zamiarem szybszego wprowadzenia ich na pełny ciąg - po 5 sekundach od rozpoczęcia pracy. W efekcie - pierwszy ruch Starshipa i oderwanie od OLM powinno nastąpić w czasie T +2 sekundy. Szybciej o 3 sekundy (w T +52 sek.) powinna nastąpić także faza MaxQ - moment największych obciążeń aerodynamicznych oddziałujących na rakietę, gdy konstrukcja przekracza prędkość dźwięku.

W T +2 minuty 39 sekund (o 10 sekund szybciej względem IFT-1) powinno nastąpić MECO - wyłączenie większości silników Super Heavy. Większości - nie wszystkich, co sprawia, że SpaceX pierwszy raz wychodzi z definicją MECO zawsze odnoszącego się do tej pory jako momentu wyłączenia wszystkich jednostek (z ang. "main engine cut off"), które teraz określa jako "most engine cut off" - i tu do gry wchodzi "gorąca separacja" - zapłon 6 silników Starshipa, gdy reszta Raptorów w Super Heavy kończyć będzie pracę będąc z boosterem pozostającym jeszcze w połączeniu ze statkiem. Niestety SpaceX nie zdecydowało się w ostatnich miesiącach na dokonanie testu gorącej separacji choćby w ograniczonej skali tak jak z testem stalowej płyty i pojedynczym Raptorem na nią oddziałującym, co sprawia, że ten moment lotu stoi pod dużym znakiem zapytania. Odrzucenie zużytego boostera Super Heavy zaplanowano w czasie T +2 minuty 41 sekund, a 12 sekund później ponowne odpalenie silników boostera celem rozpoczęcia jego powrotu na Ziemię (ich praca potrwa do T +3 minuty 47 sekund).

Wizualizacja "gorącej separacji" planowanej do wprowadzenia od lotu IFT-2. Górny (drugi) stopień (statek Starship) uruchamia swoje silniki jeszcze przy kończącej się pracy silników dolnego (pierwszego) stopnia (rakieta Super Heavy) i przed jego odrzuceniem. Credit: TheSpaceEngineer

W 6 minut 18 sekund po starcie Super Heavy powinien spowolnić do prędkości poddźwiękowej, a 12 sekund później zwodować w Zatoce Meksykańskiej (docelowo rakiety Super Heavy mają wracać na wyrzutnię dla wielokrotnego użytkowania w następnych lotach). O ile dalsza część wznoszenia na orbitę przebiegnie pomyślnie, Starship powinien osiągnąć orbitę w T +8 minut 33 sekundy. Wykonawszy jedno okrążenie wokół Ziemi już w 1 godzinę 17 minut po starcie statek ma wejść w ziemską atmosferę i zwodować półtorej godziny po starcie u wybrzeży Hawajów (planowane jest roztrzaskanie statku, bez próby miękkiego wodowania dla jego późniejszego wykorzystania, choć docelowo podobnie jak w przypadku rakiet Super Heavy SpaceX planuje pełną odzyskiwalność statków Starship).

Pierwszy okres okienek startowych nadejdzie niemal dokładnie przed siódmym miesiącem od testu IFT-1, który się odbył 20 kwietnia. Od piątku do niedzieli 17-19 listopada SpaceX może próbować szczęścia w ramach długiego 2-godzinnego okna startowego, każdego dnia otwierającego się o godz. 14:00 CET i trwającego do 16:00 CET (13:00-15:00 UTC). Można zakładać, że pojawią się różnej przyczyny opóźnienia, a w razie wykrycia najmniejszych anomalii w toku finałowych procedur przedstartowych SpaceX będzie dmuchać na zimne jeszcze bardziej, niż przed debiutanckim lotem. Sukcesu przełomowej konstrukcji Elona Muska wyczekuje nie tylko on sam, ale także państwowa NASA, która ze Starshipem wiąże nadzieję dla dalszych misji księżycowego programu Artemis. Każda zwłoka w temacie tej najpotężniejszej rakiety w historii astronautyki minimalizuje szanse na terminowe realizowanie programu NASA, co przy problemach związanych z absurdalnym ekonomicznie systemem rakiet SLS potrzebne jest amerykańskiej agencji niczym dziura w moście.

Wraz z wydaniem 15 listopada przez FAA licencji na start SpaceX wyznaczyło datę pierwszej próby startu Starshipa w ramach testowego lotu IFT-2 na piątek 17 listopada między 14:00 a 16:39 CET. Specjalny blog na żywo na Polskim AstroBlogerze z tego wydarzenia rozpocznie się około godz. 11:00 CET na 3 godziny przed otwarciem okna startowego, na co niniejszym zapraszam.

AKTUALIZACJA 20:20 CET
Do wyrzutni dotarła procesja aut i sprzętu stosowana przy rozłączaniu Starshipa i boostera Super Heavy - prawdopodobnie wykryto poważniejszy problem, który będzie wymagał ponownego rozłączenia rakiety. Ewakuacja mieszkańców Boca Chica planowana na dzisiejszy wieczór została odwołana, co oznacza brak startu w piątek.

AKTUALIZACJA 20:40 CET
Jest oficjalne potwierdzenie od Elona Muska o przesunięciu próby startu na sobotę 18 listopada w oknie startowym między 14:00 a 14:20 CET. Blog na żywo ruszy w sobotę o godz. 12:00 CET na 2 godziny przed otwarciem okna startowego, o ile do tego czasu nie zostaną ogłoszone komunikaty o kolejnych opóźnieniach zależnie od powagi wykrytej usterki. Wstępnie wynika, że problem dotyczy siłownika jednego ze stateczników kratownicowych w pobliżu pierścienia gorącej separacji na szczycie boostera. Siłownik będzie musiał zostać wymieniony na sprawny, aby Super Heavy mógł zachować zdolność prawidłowego manewrowania wszystkimi statecznikami przy manewrze powrotu na Ziemię po odrzuceniu od Starshipa.

Powiązane:

IFT-1 | Super Heavy-Starship: dlaczego pierwszy test można nazwać udanym? Garść przemyśleń po debiucie najpotężniejszej rakiety w historii

 

  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: SpaceflightNow, NASASpaceFlight.