Osiem lotów Starship za nami. Na jakim etapie jest SpaceX? Znów były "fajerwerki"

81 lat po pierwszym w historii przekroczeniu bariery kosmosu przez obiekt zbudowany na Ziemi - był to niemiecki pocisk V2 w 1944 r. - dysponujemy około 40 typami rakiet, które są wykorzystywane do wynoszenia towarów, a czasem i ludzi, w przestrzeń kosmiczną. Wspólną cechą znakomitej większości jest możliwość jednorazowego użycia rakiety, ewentualnie opcja odzyskania niektórych jej elementów, a zwykle także wysokie koszty operacyjne. Jedyną rakietą, która w bliskiej przyszłości ma szanse stać się w pełni gotowa do ponownego użycia, jest Starship, zaprojektowany przez SpaceX. Obecnie w fazie zaawansowanych testów i po ósmym locie testowym.

Do sukcesu brakuje niewiele, obecnie już tylko niewielki element zwany hot-staging-ring jest odrzucany, by ułatwić lądowanie Super Heavy, czyli dolnego członu całej rakiety, odpowiedzialnego za pierwsze minuty jej rozpędzania się (pomijamy tu kwestię osłony termicznej). SpaceX pracuje nad obniżeniem jego masy, co umożliwi integrację z resztą rakiety. Starship nie jest pierwszym projektem rakiety w pełni wielokrotnego użytku - tym był Delta Clipper w latach 90. XX wieku - ale pierwszym bliskim komercjalizacji. Nawet wahadłowce - jeden ich start wyceniamy dziś na 1,5 miliarda dolarów - wymagały jednorazowego zbiornika na paliwo.

By wprowadzić obiekt na orbitę wokółziemską, trzeba go rozpędzić do ponad 28 tysięcy km/h. Lot w stronę Księżyca wymaga prędkości prawie 40 tysięcy km/h, na Marsa jeszcze więcej. Dlatego sporą część masy rakiety, liczonej w tysiącach ton, stanowi paliwo.

Lot rakiety Saturn V kosztował około 185 milionów dzisiejszych dolarów (udźwig na LEO 140 ton), start Sojuza-2b to 65 milionów dolarów (8 ton), a europejskiej rakiety Ariane 6 około 130 milionów (20 ton). Falcon 9 kosztuje w użyciu podobnie jak Sojuz, ale udźwig ma podobny do Ariane 6. Absolutną studnią na pieniądze jest SLS - jeden start wyceniono na co najmniej 2 miliardy (95 ton udźwigu dla Block 1). Cena wyniesienia 1 kg na niską orbitę Ziemi (LEO) zaczynała się od 1320 dolarów dla Saturn V, wynosi dziś 8125 dolarów dla Soyuza, 6500 dolarów dla Ariane 6 i aż 21000 dolarów dla SLS NASA.

Elon Musk chce, by jego rakiety były tak powszechne jak samoloty. W tym celu musi maksymalnie ściąć koszty ich eksploatacji. Pomaga w tym efektywniejsze paliwo - SpaceX wykorzystuje mieszankę metan plus ciekły tlen. Drogę ku rakiecie wielokrotnego użytku SpaceX pokonało, projektując silniki Raptor. Są skomplikowane konstrukcyjnie, ale zarazem zaskakują prostotą. Silniejsze w historii były jedynie ogromne silniki F-1 z rakiety Saturn V (trzykrotnie wyższy ciąg niż Raptor). Również większe od atmosferycznych Raptorów są stosowane w SLS silniki RS-25 z wahadłowców, jednak bez dopalaczy na paliwo stałe zapewniają ciąg mniejszy niż Raptory.

W dolnym członie Super Heavy są 33 Raptory, a Starship ma ich sześć (w tym trzy próżniowe). Wersja silnika próżniowego ma większą dyszę wylotową dla lepszej efektywności na orbicie. Nadmiarowość silników daje możliwość sterowania siłą i wektorem ciągu. SpaceX zakłada, że koszt wyniesienia kilograma towaru na orbitę LEO przez Starship nie przekroczy kilkudziesięciu dolarów.

Elon Musk pierwszą wizję przedstawił jeszcze w 2012 r., a w 2017 r. pokazano projekt Big Falcon Rocket, potem przemianowany na Starshipa. Pierwsze testowe pojazdy Starhopper w 2019 r. wznosiły się na maksymalnie 150 metrów. Potem rozpoczęła się faza prototypów SN, czyli górnych członów rakiety. W grudniu 2020 r. pojazd SN8 wzbił się na 12,5 km, ale przy lądowaniu uległ zniszczeniu. SpaceX chętnie odwołuje się w takich sytuacjach do powiedzenia „rapid unsheduled dissasembly”, czyli „niezaplanowana szybka rozbiórka”, którego korzenie sięgają lat 60. XX wieku. W 2021 r. pojazd SN15 zdołał miękko wylądować, a SpaceX przeszło do fazy testów całej rakiety.

Dotychczas mieliśmy siedem lotów testowych całej rakiety. Pierwszy i drugi w kwietniu i listopadzie 2023 r. Zakończone porażką, choć udowodniono, że tak potężna konfiguracja jak Starship - w wersji Block 1 ważyła 5 tys. ton (paliwo to ponad 90 proc. masy) - wystartuje. Cztery loty w 2024 r. traktowane są jako udane. W piątym locie udało się pochwycić człon Super Heavy z pomocą wieży Mechazilla. Sam Starship za każdym razem wpadał do oceanu, ale kolejne testy wzbogacały plan misji - uruchomienie silników przed rozdzieleniem członów, przetaczanie paliwa, ponowny zapłon silników na orbicie. SpaceX wciąż ma w planach budowę HLS, czyli specjalnej wersji Starshipa przystosowanej do roli lądownika księżycowego.

Na 2025 r. SpaceX ma plan aż 25 lotów Starshipem, ale dotychczas odbył się tylko jeden, siódmy z kolei lot w połowie stycznia. Miał dramatyczny koniec - zdjęcia płonących w atmosferze szczątek górnego członu widział chyba każdy.

Pojazd Ship 34 opuścił hangar i został przetransportowany w kierunku stanowiska startowego 2 marca. Śledztwo po siódmym locie wskazało na wibracje pojazdu, które przekroczyły przewidywany poziom. W trakcie siódmego lotu doszło do wycieku paliwa, wytworzenia ciśnienia wewnątrz modułu napędowego, którego wentylacja nie skompensowała, a w końcu wyłączenia silników. SpaceX czuło się zobligowane wprowadzić wszelkie możliwe poprawki, by lot ósmy nie stał się powtórką siódmego, ale mogło z nimi nie zdążyć, gdyż 4 marca na 40 sekund przed startem wstrzymano odliczanie. Start przełożono na godzinę 0:30 w czwartek 6 marca.

Cele suborbitalnej misji były podobne jak w siódmym locie - najważniejszy to wyniesienie na orbitę symulatorów czterech satelitów Starlink drugiej generacji w 18. minucie lotu. Super Heavy (Booster 15) miał być ponownie złapany przez Mechazillę, a Starship (Ship 34) po ponownym odpaleniu silników na orbicie miał lądować w Oceanie Indyjskim około 66 minut po starcie. Ship 34 to drugi ze statków w wersji Block 2, a to oznaczało testy zmodernizowanych klap, zwiększonej o 25 proc. objętości zbiorników paliwa, nowej awioniki i komputera. Do zmian należy dołączyć poprawki względem Ship 33 po siódmym locie. W trakcie ósmego lotu część płytek ochronnych była usunięta, by sprawdzić najbardziej wrażliwe punkty strukturalne rakiety. Test zakładał trajektorię lądowania zapewniającą duży stres strukturalny rakiety.

Jak zamierzenia przełożyły się na rzeczywistość? Niestety, wyglądało to jak kopiuj i wklej ze styczniowego lotu. SpaceX na pewno znajdzie w zebranych danych mnóstwo nowych ważnych informacji w imię zasady - uczymy się, żeby się nauczyć. Z perspektywy widza to znowu lot udany tylko w połowie. Świetnie udokumentowany na powyższym wideo, które pokazuje start, separację członów, powrót na Ziemię i złapanie Super Heavy, a potem koziołkowanie Starshipa w przestrzeni kosmicznej. Osiem minut po starcie, na wysokości 146 km jego silniki zaczęły się wyłączać. Dwie minuty później doszło do eksplozji (prawdopodobnie wymusiły to systemy rakiety), widocznej z Florydy i Bahamów. Wciąż zgranie dwóch elementów układanki, które tworzą razem rakietę Starship, wymyka się z rąk SpaceX. A jest to konieczne, by przejść do następnego etapu rozwoju rakiety.

Ta 125-metrowej wysokości i dziewięciometrowej średnicy rakieta w wariancie Block 2 będzie zdolna dostarczyć do 150 ton ładunku na orbitę LEO. W przyszłości pojawią się Block3 i silniki Raptor trzeciej generacji. Rakieta osiągnie 150 metrów wysokości i zdoła wynieść 200 ton na LEO. Branża widzi Starship jako woła roboczego do wynoszenia ogromnych obiektów na orbitę. A także pojazd do lotu na Księżyc i Marsa, choć to wciąż marzenia. Starship nie jest zoptymalizowany do niewielkich misji, które wiążą się z niewielkim ładunkiem i lotem na niską orbitę. Tu atrakcyjniejsze, nawet jeśli nie kosztowo, będą takie rakiety jak Electron. Produkowana przez Rocket Lab, ma wysokość jedynie 17 metrów i udźwig tylko 300 kg na LEO.

Zdaniem dr. Roberta Zubrina, popularyzatora idei kolonizacji Marsa od lat 90. XX w., budowa Starshipa to najprostsza część projektu, którego celem jest Mars. Zubrin twierdzi, że trzeba zbudować jeszcze mniejszy Starship, umieścić go wewnątrz dużego i nim zrealizować większą część misji. Międzyplanetarna komunikacja wymaga ruchu w obie strony, a tankować Starshipa trzeba będzie nie tylko na Marsie, ale i na orbicie Ziemi, zanim poleci dalej. Tę kwestię SpaceX musi rozwiązać tak, by jedna misja nie wymagała dziesiątek lotów technicznych. Najpierw jednak musi nauczyć swoją rakietę niezawodności.