Testowy lot na 12,5 km prototypu Starship SN8.

Do testu Starship SN8 doszło finalnie 9 grudnia pod koniec okna startowego. Prototyp wzniósł się na pułap 12,5 km. W trakcie tego manewru systematycznie wyłączano po kolei silniki Raptor. Po odcięciu ostatniego SN8 z pomocą klap stabilizujących i silników RCS obrócił się do tyłu o 90° i przeszedł do fazy swobodnego spadku. Ten etap był kontrolowany klapami i silnikami RCS. Na odpowiedniej wysokości SN8 wykonał Belly Flop Maneuver, czyli poderwanie do pionu. SN8 zrobił to odpalając najpierw dwa silniki (trzeci nie uruchomił się, przy czym jeszcze nie wiadomo, czy było to celowe czy wynik awarii) i pracując klapami i silniczkami RCS.

Maszynie udało się idealnie dotrzeć na platformę do lądowania, przy czym silniki nie wytraciły wystarczająco prędkości i nastąpił tzw. RUD (Rapid Unplanned Disassembly, Nagły Niezaplanowany Demontaż) i SN8 eksplodował.

Wynik testu jest ogromnym sukcesem mimo twardego lądowania!

Lądując doszło do wyłączenia się jednego z dwóch pracujących silników Raptor. Zobaczyliśmy również zielony płomień spalin. Był to najprawdopodobniej wynik „trawienia” miedzianych podzespołów silnika (a nie jak mówiłem na relacji kolor spalania substancji zapłonowej). Wg informacji od Elona Muska czołowe zbiorniczki paliwa miały zbyt niskie ciśnienie i Raptory otrzymywały niewystarczające porcje paliwa. Jeżeli do Raptora docierała mieszanka uboga w metan, to LOX rozpoczął konsumpcję miedzi.

Poniżej oryginalny tekst z przygotowań do testu. Należy go traktować poglądowo, gdyż faktyczny test przebiegał nieco inaczej.

[UPDATE 09-12-2020] Kolejne okno startowe trwa od 15:00 do 00:00 polskiego czasu 9 grudnia. Śledzimy aktywność przy platformie startowej. Live na kanale TJK! ruszy w chwili gdy rakieta będzie tankowana.

[UPDATE 08-12-2020] Start został zaplanowany na 23:30 i został przerwany na T-1, ze względu na błąd w jednym z silników. Czekamy na komunikat SpaceX odnośnie nowej daty startu.

[UPDATE 07-12-2020] SpaceX na swojej stronie internetowej zaplanowało relację wideo z testu SN8. Początek relacji jest ustawiony na 17:00 (naszego czasu) we wtorek 8 grudnia. Przy czym faktyczny stream zostanie uruchomiony na kilka minut przed rozpoczęciem testu. Nie ma zatem gwarancji, że do testu dojdzie na pewno we wtorek. Śledzimy komunikaty firmy!

[UPDATE 07-12-2020] Wg aktualnych ograniczeń dla ruchu lotniczego najbliższy start SN8 możliwy w środę 9 grudnia.

[UPDATE 06-12-2020] W niedzielę 6 grudnia dojdzie najprawdopodobniej do testów statycznych. Lot najwcześniej w poniedziałek.

[UPDATE 05-12-2020] SpaceX uzyskało zezwolenie na wcześniejszy lot. Okno startowe zaczyna się 6 grudnia o 19:00, kończy 7 grudnia o 01:00.

[UPDATE 04-12-2020] W strefie startu Starshipa odwołano zakaz dla ruchu lotniczego. Kolejne ograniczenie można wprowadzić od poniedziałku. Oznacza to, że start SN8 nie wydarzy się do końca weekendu.
Zredukowano też pułap na jaki ma lecieć prototyp. Obecnie to 12,5km.

4 grudnia o 15:00 czasu polskiego rozpoczyna się okno startowe
dla testowego startu prototypu rakiety Starship SN8.

Odprawa przed testem.

Poniżej zapis z LIVE, w którym mowa o nadchodzącym teście. Sytuacja jest dynamiczna i w mniej niż 24 godziny część tych danych jest już nieaktualna 🙂 Z tego powodu dalsza część artykułu będzie na bieżąco aktualizowana.

Co to jest Starship?

Starship to nowy system rakietowy, który docelowo ma być pierwszą na świecie w pełni odzyskiwalną rakietą. Składa się z dwóch stopni: 1. Super Heavy i 2. Starship. Nazwa drugiego stopnia jest też nazwą całego systemu rakietowego.

System Starship to rakieta superciężka o udźwigu 100+ ton na niską orbitę okołoziemską. Dzięki funkcji dotankowywania na orbicie Starship zachowa swój wysoki udźwig przy misjach poza niską orbitę okołoziemską (np. na orbitę GEO, na Księżyc i Marsa).

Super Heavy (pierwszy stopień) – booster wyposażony w 28 silników Raptor (początkowo zapowiadano 30+ silników). Urządzenie ma działać podobnie do pierwszego stopnia rakiety Falcon 9, czyli startować z platformy i wynosić drugi stopień ponad gęstą atmosferę i nadawać mu niewielką część prędkości orbitalnej. Po separacji pierwszy stopień w kontrolowany sposób wejdzie ponownie w atmosferę i przy użyciu grid fins (stateczników kratownicowych), silników RCS (silników pozycjonujących) i kilku silników Rapotor będzie lądować na platformie. Po niezbędnych pracach serwisowych, tankowaniu i po integracji z drugim stopniem Super Heavy ma być gotowy do kolejnej misji.

Starship (drugi stopień) – statek kosmiczny, który jest drugim stopniem zintegrowanym z przedziałem towarowym. Starship będzie wyposażony w sześć silników Rapotor: trzy w wariancie atmosferycznym i trzy w wariancie do pracy w kosmicznej próżni. Po separacji pierwszego stopnia trzy próżniowe Raptory umieszczą statek na orbicie parkingowej. W zależności od profilu misji statek wykona swoje zadania na orbicie Ziemi, albo zaczeka na dotankowanie (przez kolejne statki-cysterny) i przetransportuje ładunek w dalsze obszary Układu Słonecznego.

Po wykonaniu zadania Starship wejdzie ponownie w atmosferę (część statku będzie pokryta osłoną termiczną) i wyląduje na trzech Raptorach atmosferycznych. Starship jest wyposażony w cztery klapy (dwie górne i dwie dolne), które kształtem przypominają stateczniki lub skrzydła. Klapy są ruchome i służą do stabilizacji statku podczas spadania w atmosferze. Odpowiednie sterowanie klapami pozwoli na poziome zorientowanie Starshipa (Statek hamuje wtedy możliwie największą powierzchnią i może niejako szybować). W ostatniej fazie lądowania statek wykona tzw. Belly Flop Maneuver, czyli nagły obrót z orientacji poziomej do pionowej (silnikami w dół), uruchomi Raptory i rozłoży zestaw nóg do lądowania. Oprócz dwóch głównych zbiorników paliwa i utleniacza Starship wyposażono w dwa mniejsze zbiorniki zawierające paliwo do lądowania. Rozwiązanie to pozwoli na błyskawiczne odpalenie silników (bo zbiorniczki są pełne i pod ciśnieniem) oraz podnieść środek ciężkości maszyny (żeby ułatwić Belly Flop Maneuver). W przyszłości mają powstać różne warianty statku Starship, m.in. cysterna, załogowy, księżycowy, czy do transportów ziemskich.

Silnik Raptor – najnowsza jednostka napędowa stworzona przez zespół SpaceX. Silnik zasilany jest mieszanką metalox (ciekły metan i ciekły tlen).

©SpaceX: Silnik Raptor

Pracuje w zamkniętym cyklu spalania z pełnym przepływem paliwa i utleniacza przez spalarki wstępne. Oznacza to, że pompy paliwa i utleniacza posiadają dwa osobne zestawy spalarka-turbina. Przez oba zestawy przepływa sumarycznie cała mieszanka paliwowa, która trafia potem do komory silnika (w jednej spalarce mieszanka bogata w paliwo, w drugiej w tlen). Zastosowanie takiego cyklu pracy silnika pozwala na najbardziej efektywne wykorzystanie paliwa.

Test statyczny pojedynczego silnika Raptor z dyszą próżniową.

Na czym polega test prototypu SN8?

Dotychczas SpaceX głownie pracowało przy drugim stopniu rakiety. Kolejne egzemplarze testowano pod kątem wytrzymałości konstrukcyjnej i szczelności zbiorników. A SN5 i SN6 wykonały testowe „podskoki” na wysokość 150m z użyciem pojedynczego silnika Raptor (w ubiegłym roku realizowano również „skoki” mniejszym prototypem Starhopper).

Próba SN8 jest rozbudowanym testem takiego skoku, w którym sprawdzone zostaną kolejne podzespoły i nowatorska technika lądowania. Egzemplarz wizualnie jest kompletnym drugim stopniem systemu Starship.

Schemat przedstawiający prawdopodobny przebieg testu na 12,5km.

Co zostanie przetestowane po raz pierwszy:

  • Równoczesna praca trzech silników Raptor w locie i ich ponowny rozruch w locie.
  • Samodzielny lot drugiego stopnia Starship na dużą wysokość (12,5km) i bezpieczny powrót na ziemię.
  • Proces stabilizowanego spadku z użyciem klap i silników RCS.
  • Belly Flop Maneuver – manewr poderwania płasko spadającej rakiety do pionu (do pozycji uruchomienia silników).
  • Działanie w locie małych zbiorników paliwowych.
Symulacja szybowania i stabilizowania Starshipa klapami oraz Belly Flop Maneuver.

Jak w skrócie przebiegnie test:

  • Test będzie polegał na samodzielnym wzniesieniu się drugiego stopnia na wysokość ok. 12,5km.
  • Po wyłączeniu napędów (i wzniesieniu się bezwładnie do apogeum) Starship przejdzie do fazy swobodnego spadku. W tej fazie będą wykorzystywane klapy stabilizujące i silniki pozycjonujące RCS.
  • W ostatnie fazie spadku Starship wykona obrót z pozycji poziomej do pionu, odpali ponownie silniki i wyląduje.
  • Start i lądowanie w placówce SpaceX w Boca Chica. Platforma startowa i platforma do lądowania są od siebie oddalone o około 200m.

Ważna uwaga: Ten test to… test. Jest duża szansa, że na którymś etapie dojdzie do nieprzewidzianego zdarzenia. Zatem oprócz bezpiecznego lądowania możemy spodziewać się również fajerwerków, ale także usterki nawet przed oderwaniem się od ziemi. Jakkolwiek by się ten test nie zakończył, to dostarczy ogrom cennej wiedzy dla zespołu SpaceX.

Podczas testu nie zobaczymy:

  • Pierwszego stopnia Super Heavy (pierwszy egzemplarz SH jest dopiero w trakcie budowy).
  • Wejścia na orbitę (rakieta wzniesie się „tylko” na 12,5 km).
  • Silników Raptor w wariancie próżniowym (nie zostały zamontowane na drugim stopniu rakiety).
  • Uwalniania ładunku (część dziobowa prototypu SN8 jest jednolitą powłoką).

Prawdopodobny timing testu. Powstał na bazie dotychczasowych testów prototypów i symulacji z FlightClub.io:

CzasZdarzenieOpis
Zamknięcie drogi dla ruchu samochodów.Procedura bezpieczeństwa.
Personel opuszcza okolicę platformy startowej.Procedura bezpieczeństwa.
Para unosząca się ze zbiorników naziemnych.Gotowość do tankowania rakiety.
Para unosząca się z rakiety.Tankowanie rakiety \ rakieta zatankowana.
T – 10:00* Dźwięk syreny.Procedura bezpieczeństwa. *orientacyjnie
Dron w powietrzu.SpaceX rozpoczyna nagrywanie startu.
T – 00:00Start.Zapłon trzech silników Raptor. Azymut na wschód (w stronę Zatoki Meksykańskiej).
T + 00:30MECO (pułap: 6km). Main Engine Cut Off.Wyłączenie silników i dalsze wznoszenie siłą bezwładności.
T + 01:09Apogeum (pułap 12,5km).Wytracenie prędkości i rozpoczęcie spadku stabilizując lot klapami i RCS.
T + 02:50Rozpoczęcie Belly Flop Maneuver i
Landing Burn.
Manewr obrócenia rakiety z orientacji poziomej do pionowej (silnikami w dół). Uruchomienie trzech silników Rapotor do lądowania.
T + 03:00Rozłożenie nóg i lądowanie.