Mateusz Durlak

Starship opuścił platformę startową w dniu 18.11.2023. Tym samym w Starbase, Texas odbył się test najpotężniejszej rakiety na świecie!

Starship – konstrukcja firmy SpaceX Elona Muska, jest niczym innym, niż testowym systemem rakietowym klasy międzyplanetarnej. Rakietę tej klasy charakteryzuje zdolność wynoszenia ładunków oraz załogi nie tylko na orbitę okołoziemską, ale również księżyc, czy inne planety. Pojazd jako całość jest wysoki na 121 metrów, szeroki na 9 metrów oraz zdolny transportować w przybliżeniu od 100 do 150 ton ładunku. Mimo takich imponujących rozmiarów całość zaprojektowana jest tak, aby móc lądować po wykonanej pracy. Oba stopnie docelowo będą w pełni odzyskiwane. Więcej artykułów o tej tematyce znajdziesz tutaj.

SpaceX wykonywało już w przeszłości lot testowy rakiety Starship. Dziewiczy start miał miejsce w czwartek 20 kwietnia 2023 roku. Test był pomyślny, a za jego powodzenie SpaceX uznało punkt, gdzie cała konstrukcja opuści platformę startową. W czwartej minucie lotu z wielu przyczyn rakieta zaczęła obracać się w sposób niekontrolowany. W efekcie zbyt wielu odchyleń od profilu misji została zniszczona przez uruchomienie systemu FTS.

FTS (Flight Termination System) – to w skrócie ładunki wybuchowe uruchamiane zdalnie lub automatycznie przez komputer pokładowy. Umieszczone są one na zbiornikach pierwszego oraz drugiego stopnia rakiety.

W tym artykule przedstawimy przebieg misji oraz analizę oczyma autora wpisu, która pozwoli naszym czytelnikom zrozumieć procesy mające miejsce podczas drugiego testowego lotu. Analiza techniczna jest przeprowadzona na podstawie tego, co było widoczne wyłącznie na transmisjach lub fotografiach. Nie uwzględniono szczegółowej telemetrii pierwszego oraz drugiego stopnia. Do tych danych – co oczywiste, dostęp ma wyłącznie firma SpaceX.

Przebieg drugiego lotu testowego

Zanim przejdziemy do dokładnego opisu przebiegu misji, warto wyjaśnić co przedstawiają informacje na samym dole panelu. Grafiki zostały zaczerpnięte z oficjalnej transmisji firmy SpaceX. Kolejno od lewej, zgodnie z kolorami na grafice:

Zielony – informacje odnośnie stanu uruchomienia silników.
Żółty – (patrząc od góry) prędkość pierwszego, lub drugiego stopnia oraz wysokość, na jakiej konstrukcja się znajduje.
Pomarańczowy – (patrząc od góry) ilość ciekłego tlenu oraz metanu w zbiornikach.
Niebieski – odchylenie pierwszego stopnia.
Fioletowy – czas misji odliczana od i do momentu rozruchu rakiety (+ oznacza czas po starcie, znak – oznacza czas przed startem).
Szary – odchylenie drugiego stopnia.

Start (T-00:00:03 -> T+00:00:05)

W tej fazie wszystko przebiegło zgodnie z planem. Uruchomiono deflektor płomienia, aby zapobiec uszkodzeniu platformy i zredukować generowane przez silniki fale uderzeniowe. Kolejnym krokiem było uruchomienie silników Raptor pierwszego stopnia rakiety. Warto dodać, że były uruchamiane sekwencyjnie, w klastrach – co pozwala odpowiednio rozłożyć siły fizyczne, aby nie obciążać znacznie sekcji ciągu boostera Super Heavy.

Platforma startowa nie uległa zniszczeniu jak w przypadku poprzedniego testu.

Wznoszenie się (T+00:00:05 -> T+00:02:40)

Ten etap lotu również przebiegł w pełni pomyślnie, nie było tu żadnego odchylenia od normy.

Separacja stopni metodą hot-staging (T+00:02:40 -> T+00:02:50)

T+00:02:40 -> Rozpoczyna się sekwencja wyłączania silników Raptor w boosterze Super Heavy. Widzimy to dokładnie na dolnym panelu przedstawiającym stan napędu pojazdu. Z transmisji firmy SpaceX uchwyciliśmy jedną z klatek, na której możemy zaobserwować, że część Raptorów została już wyłączona. Niezmiennie uruchomione pozostają trzy centralne silniki.

T+00:02:42 -> Następuje separacja stopni przez hot-staging.

Hot-staging polega na uruchomieniu silników drugiego stopnia rakiety, gdy pierwszy stopień cały czas pracuje (posiada uruchomiony własny napęd) i tym samym odepchnięciu się większą siłą ciągu. Pozwala to na osiągnięcie lepszych wyników lotu z powodu braku wytracania prędkości przez oczekiwanie rozruchu silników drugiego stopnia w swobodnym locie. Do takiej operacji budowana jest specjalna sekcja rakiety, zapobiegająca przegrzaniu się pierwszego stopnia i w rezultacie niekontrolowanej eksplozji.

Powrót Super Heavy (T+00:02:50 -> T+00:03:21)

T+00:02:55 -> Na transmisji możemy zauważyć, że centralny klaster silników Raptor uruchomił się, jednak w czasie wykonywania manewru obrotu silniki zaczęły samoistnie gasnąć jeden po drugim. Dlaczego?

Prawa fizyki jako winowajca?

Możemy tutaj obwinić system przekazywania paliwa do sekcji ciągu (silników) boostera, oraz… fizykę ;).
Zaczniemy od fizyki – jeśli mamy w rękach butelkę wody i gwałtownym ruchem poruszymy nią, zauważymy, że woda przez chwilę oderwie się od spodu butelki. Dopiero po chwili ciecz wróci na swoje pierwotne miejsce. W tej fazie misji stało się tak samo jak w naszym eksperymencie z butelką.

Pierwszy stopień oraz zbiorniki, które zawierają paliwo w stanie ciekłym i ciekły tlen zostały popchnięte w tył przez uruchamiający się drugi stopień (widać wówczas spadek prędkości pierwszego stopnia na danych telemetrycznych). Działające siły oderwały paliwo od spodu zbiorników, które gwałtownie uciekło w przeciwnym kierunku. Dodatkowo Super Heavy wykonywał odejście, co mogło spotęgować negatywny efekt.

Wynikowo silniki nie otrzymywały paliwa w sposób prawidłowy, ponieważ system przekazywania paliwa nie był najwidoczniej w pełni przygotowany na tego typu sytuacje. Istnieje też szansa, że projekt zwyczajnie nie przewidział walki z taką ilością sił fizycznych. W wyniku braku paliwa lub zapowietrzenia się systemu napędowego Raptory ulegały automatycznemu wyłączeniu.

Poruszające się paliwo jako przepis na samozniszczenie…

Warto dodać też fakt, że poruszające się w taki sposób paliwo mogło uszkodzić (ze względu na swoją masę) wewnętrzne podzespoły boostera. Mając to na uwadze, możemy stwierdzić, że prawdopodobnie doszło do uszkodzenia dolnej kopuły zbiornika z ciekłym tlenem. W efekcie mogło spowodować to eksplozję całej konstrukcji. Firma SpaceX nie podała żadnych oficjalnych informacji, o tym że uruchomienie FTS było powodem rozerwania Super Heavy, a masowe pęknięcie wskazywałoby właśnie na to miejsce.

Starship kontynuuje swoją misję (T+00:02:50 -> T+00:08:05)

Ostatnia faza misji testowej. Po całkowicie udanej separacji drugi stopień kontynuował swój lot aż do T+00:07:57, gdzie pojawiły się informacje o braku telemetrii statku Starship.

Przyjrzyjmy się końcowemu etapowi lotu nieco bliżej. W okolicy T+00:07:02 można zauważyć nagły rozbłysk gazu, po którym w późniejszym czasie możemy zauważyć szybszy spadek pojemności ciekłego tlenu w zbiorniku (LOX).

Możemy jedynie spekulować co miało miejsce w tym momencie. Mógł być to swojego rodzaju pożar, który trwając uszkadzał stopniowo podzespoły drugiego stopnia, a w efekcie z czasem doprowadził do eksplozji całego statku. Mogło być to uszkodzenie systemów paliwowych, co poskutkowało wzmożoną utratą ciekłego tlenu i automatycznym rozruchem FTS przez komputer pokładowy w późniejszej fazie lotu. Jednak tak jak w przypadku anomalii Super Heavy – SpaceX nie podało oficjalnej informacji o uruchomieniu się FTS, stąd też pierwsza opcja wydaje się najbardziej realna. Coś się uszkodziło, ale najlepiej czekać na oficjalne informacje od firmy Elona Muska.

Podsumowanie

Celem zintegrowanego lotu numer dwa było prawidłowe odłączenie się stopni przy użyciu metody hot-staging. Jak zauważyliśmy, operacja powiodła się w stu procentach. Anomalie wystąpiły dopiero w późniejszych fazach misji, wobec tego nie ma mowy o żadnym niepowodzeniu wbrew temu, co podają media!

Pozostaje czekać nam na kolejny, trzeci lot i kolejne udoskonalenia konstrukcji w drodze do Marsa i jego kolonizacji przez ludzkość. Per aspera ad astra.