SpaceX chce dokonać czegoś wyjątkowego. Starship wróci z orbity i wpadnie w ramiona gigantycznej wieży
Najpotężniejsza rakieta świata ma wykonać historyczny lot. 39 silników, 5500 ton masy i dwa widowiskowe przechwycenia. Czy to już science fiction?
W piątek 13 listopada SpaceX zamierza przeprowadzić jeden z najbardziej niezwykłych eksperymentów w historii lotów kosmicznych. Z kosmodromu Starbase w Teksasie wystartuje Starship, największa i najpotężniejsza rakieta, jaką kiedykolwiek zbudowano. Jej dwa stopnie mają wykonać coś, co jeszcze niedawno wyglądało jak pomysł z filmu science fiction. Oba wrócą na miejsce startu i dosłownie wpadną w ramiona gigantycznych wież.
Najpierw, po nieco ponad dwóch minutach lotu, od Starshipa oddzieli się 72-metrowy Super Heavy. Potężna rakieta zawróci, wyhamuje silnikami i po około sześciu i pół minuty od startu spróbuje dać się złapać stalowym wysięgnikom. Tymczasem górny stopień poleci dalej. Wejdzie na orbitę, 14 razy okrąży Ziemię, a po ponad 22 godzinach rozpocznie powrót. W atmosferę wleci z prędkością bliską 28 tys. km/h, wyhamuje, obróci się do pionu i również spróbuje wpaść w ramiona wieży.
„Jeśli się uda, będzie to pierwszy przypadek pełnego odzyskania orbitalnego systemu nośnego i przełomowy moment na drodze do stworzenia niezawodnej rakiety Starship, którą będzie można szybko wykorzystywać ponownie” – zapowiada SpaceX w oficjalnym komunikacie dotyczącym 15. lotu.
Stawka jest ogromna. Firma Elona Muska chce odzyskiwać całe rakiety, tankować je i wysyłać ponownie w kosmos. Taki system mógłby radykalnie obniżyć koszty startów, przyspieszyć budowę stacji orbitalnych i ułatwić wyprawy na Księżyc oraz Marsa.
Dlaczego Super Heavy? Ta rakieta musi poderwać ponad 5500 ton
Super Heavy wynosi Starshipa na wysokość kilkudziesięciu kilometrów. Tam oba stopnie się rozdzielają. Super Heavy wraca na Ziemię, a Starship leci dalej na orbitę napędzany własnymi silnikami.
Cały zestaw ma 124 metry wysokości i 9 metrów średnicy. Jego masa to około 5500 ton. Zbiorniki obu stopni mogą pomieścić łącznie 5250 ton materiałów pędnych: 3650 ton w Super Heavy i 1600 ton w Starshipie.
Za start odpowiadają 33 silniki Raptor 3. Razem rozwijają ciąg około 80,8 miliona niutonów. Dla porównania Saturn V, który zabrał astronautów programu Apollo na Księżyc, miał 34,5 miliona niutonów.
Jeszcze ciekawiej wygląda porównanie z Falconem 9. Ten koń roboczy SpaceX ma 70 metrów wysokości, dziewięć silników Merlin w pierwszym stopniu i może wynieść do 22,8 tony na niską orbitę. Starship został zaprojektowany do transportu ponad 100 ton.
Ile pali Super Heavy? Nawet 25 ton na sekundę
Żeby poderwać z ziemi rakietę ważącą ponad 5500 ton, potrzeba ogromnej mocy i równie ogromnych ilości paliwa. Jeden silnik Raptor 3 rozwija ciąg około 2450 kiloniutonów i przy pełnej mocy zużywa około 765 kilogramów ciekłego metanu i tlenu na sekundę.
A Super Heavy ma aż 33 takie silniki. Razem zużywają około 25 ton metanu i tlenu na sekundę, z czego 5,5 tony przypada na metan, a blisko 20 ton na ciekły tlen, który umożliwia spalanie paliwa.
To ponad 250 ton w zaledwie 10 sekund. Gdyby wszystkie silniki przez minutę pracowały z pełną mocą, zużyłyby około 1500 ton metanu i tlenu. Tyle waży mniej więcej tysiąc samochodów osobowych.
Pierwsze zdjęcie Ziemi z kosmosu. Wykonała je niemiecka V-2
Super Heavy kontra amerykańska ciężarówka. Ile paliwa zużywają?
Żeby lepiej wyobrazić sobie, ile paliwa pochłania Super Heavy, porównajmy ją z potężnymi amerykańskimi ciężarówkami. Klasyczny ciągnik siodłowy z dużą naczepą może przewozić około 20 ton ładunku i spala średnio 34 litry oleju napędowego na 100 kilometrów.
Aby przewieźć 100 ton towaru, potrzebowalibyśmy pięciu takich ciężarówek. Razem na dystansie 100 kilometrów zużyłyby około 170 litrów diesla, czyli mniej więcej 143 kilogramy paliwa.
A teraz spójrzmy na Super Heavy. Jej 33 silniki przy pełnej mocy zużywają w ciągu jednej sekundy około 5500 kilogramów metanu. To prawie 38 razy więcej paliwa, niż pięć ciężarówek spaliłoby podczas pokonywania 100 kilometrów. Do tego silniki rakiety zużywają jeszcze niemal 20 ton ciekłego tlenu na sekundę.
Oczywiście takie porównanie nie jest do końca miarodajne. Super Heavy musi pokonać siłę grawitacji, poderwać z ziemi cały zestaw ważący ponad 5500 ton, wynieść go na wysokość kilkudziesięciu kilometrów i rozpędzić Starshipa, który następnie leci dalej na orbitę o własnych siłach. Wymaga to ogromnej ilości energii dostarczonej w ciągu zaledwie kilku minut. Mimo wszystko porównanie z ciężarówkami pozwala lepiej wyobrazić sobie skalę wyzwań, z jakimi mierzą się inżynierowie projektujący tak potężne rakiety.
Wojna na orbicie! Rosyjski satelita dogonił ICEYE. Dwa kolejne lecą w stronę X37
Dlaczego SpaceX wybrało metan? Raptor 3 kryje zaawansowaną technologię
Silniki Raptor 3 spalają ciekły metan i ciekły tlen. Metan jest wygodniejszy w przechowywaniu niż ciekły wodór, używany między innymi przez silniki RS-25 rakiety SLS NASA.
Wodór wymaga temperatury około minus 253 stopni Celsjusza. Metan skrapla się przy około minus 162 stopniach, a tlen przy minus 183. Dzięki temu oba składniki paliwa Raptora można przechowywać w zbliżonych warunkach termicznych.
Metan ma też znacznie większą gęstość od ciekłego wodoru, więc zbiorniki mogą być mniejsze. Do tego spala się czyściej niż nafta rakietowa RP-1, którą wykorzystują silniki Merlin Falcona 9. Mniej zanieczyszczeń wewnątrz silnika oznacza łatwiejszą obsługę między kolejnymi lotami.
Sam Raptor 3 korzysta z cyklu spalania etapowego z pełnym przepływem. Dwie turbopompy tłoczą paliwo i tlen pod wysokim ciśnieniem. Gazy z komór wstępnego spalania napędzają turbiny, po czym trafiają do głównej komory silnika.
Metan przyda się także na Marsie. Można go tam produkować z dwutlenku węgla obecnego w atmosferze i wodoru pozyskanego z wody.
ICEYE namierza rosyjskie okręty. Teraz z Nokią chce uwolnić Ukrainę od zależności od Starlinka
Super Heavy zawróci. Tak działa gigantyczna wieża Mechazilla
Około dwóch minut i 21 sekund po starcie nastąpi rozdzielenie stopni. SpaceX wykorzysta technikę hot staging: silniki Starshipa uruchomią się jeszcze podczas oddzielania od Super Heavy.
Dolny stopień wykona następnie obrót i uruchomi silniki, aby skierować się w stronę kosmodromu. W atmosferze pomogą mu trzy kratownicowe lotki, każda o 50 proc. większa niż w poprzedniej wersji.
Gdy rakieta zbliży się do wieży, silniki wyhamują ją niemal do zera. Wtedy do akcji wkroczą dwa potężne stalowe ramiona, nazywane przez SpaceX chopsticks. Wysięgniki złapią rakietę za specjalnie przygotowane punkty konstrukcyjne.
W wersji V3 SpaceX zastosowało krótsze ramiona i napędy elektromechaniczne zamiast hydraulicznych. Cały mechanizm ma dzięki temu szybciej reagować i dokładniej ustawiać się podczas przechwycenia.
To koniec Hubble’a? NASA ma coraz mniej czasu, by uratować legendarny teleskop
Czy to już czasy science fiction?
SpaceX już trzy razy przechwyciło już dolne stopnie Super Heavy pierwszej generacji, a dwa z nich udało się wykorzystać ponownie. Teraz firma spróbuje odzyskać także górny stopień.
To ogromny krok w kierunku rakiet wielokrotnego użytku. NASA rozwija ze SpaceX księżycową wersję Starshipa dla programu Artemis. W planach są też statki-tankowce, orbitalne magazyny metanu i tlenu oraz przyszłe wyprawy na Marsa.
Jeszcze kilkadziesiąt lat temu widok gigantycznej rakiety, która samodzielnie wraca z orbity i daje się złapać stalowym ramionom, wyglądałby jak scena z filmu science fiction.
Dzisiaj SpaceX chce zrobić to naprawdę.
Źródło: SpaceX
Z Warszawy do Wiednia w 4,5 godziny. Nowa linia KDP przez Śląsk
Czytaj więcej
