Dlaczego SpaceX wystrzeliwuje rakiety ze wschodniego i zachodniego wybrzeża Stanów Zjednoczonych?

SpaceX używa platform startowych na wschodnim wybrzeżu, aby wysyłać ładunki na orbity o niskiej inklinacji, takie jak niska orbita okołoziemska lub geostacjonarna orbita transferowa. Z zachodniego wybrzeża wynoszone są ładunki na orbity o wysokiej inklinacji, takie jak orbita polarna lub orbita heliosynchroniczna. Rakiety z Kalifornii startują w kierunku południowym lub zachodnim, a z Florydy w kierunku wschodnim. Na grafikach przedstawiono dozwolone inklinacje i azymuty dla startów z Vandenberg i Kennedy Space Center.

Jakie są warunki pogodowe, przy których Falcon 9 nie może startować?

NASA ustaliła, przy jakich warunkach pogodowych rakieta Falcon 9 nie może startować. Niektóre z nich mogą być zastąpione w przypadku spełnienia dodatkowych warunków.

• Trwały wiatr przekraczający prędkość 56 km/h na wysokości 49 m.

• Warunki pogodowe na dużych wysokościach mogące powodować trudności z kontrolą rakiety. Przykładem takich warunków są uskoki wiatru.

• Warstwa chmur przekraczająca 1400 m, mogąca powodować zamarzanie.

• Platforma startowa znajduje się w odległości 19 km od chmur kłębiastych (cumulusów), które mogą powodować zamarzanie.

• Platforma startowa znajduje się w odległości 19 km od granicy burzy, która w ciągu ostatnich 30 minut wytwarzała pioruny.

• Platforma startowa znajduje się w odległości 19 km od burzowego kowadła chmurowego.

• Platforma startowa znajduje się w odległości 9,3 km od chmur niosących niepewną pogodę i mogących powodować zamarzanie.

• Platforma startowa znajduje się w odległości 5,6 km od pozostałości po chmurach burzowych.

• Chmury kłębiaste (cumulusy) powstałe na skutek lub bezpośrednio połączone z pióropuszem dymu.

Następujące kryteria mogą opóźnić start:

• Opóźnienie o 15 minut jeżeli urządzenia do pomiaru siły pól elektrycznych w atmosferze (ang. field mills) w odległości 9,3 km od platformy startowej wskazują powyżej ok 1500 woltów na metr, lub ok. 1000 woltów na metr.

• Opóźnienie o 30 minut jeżeli zostanie zaobserwowany piorun w odległości 19 km od platformy startowej lub ścieżki startowej.

Źródła: PDF od NASA/SpaceX, Wikipedia, 45th weather squadron

Co dokładnie dzieje się podczas testu statycznego i po co się go przeprowadza?

Test statyczny to próba generalna przed startem. SpaceX robi wszystko tak, jak w dniu startu – wyciągają rakietę z hangaru, ustawiają ją na platformie startowej, tankują kerozynę i ciekły tlen itd. aż do odpalenia silników na około dwie sekundy. Jednak zamiast wystartować, rakieta jest przytrzymywana na stanowisku startowym. Następnie paliwo jest spuszczane z rakiety, a ona opuszczana i chowana w hangarze. Robią to w tym samym celu, w jakim robi się próby przed wystąpieniem teatralnym – aby mieć pewność, że w dniu przedstawienia wszystko będzie działać poprawnie. Więcej można przeczytać w artykule NSF.

Jak rakieta jest utrzymywana na stanowisku startowym podczas testu statycznego?

O ile Falcon 9 to potężna maszyna, to najsłabsza jest na powierzchni Ziemi. W czasie startu wytwarza zaledwie tyle ciągu, aby przezwyciężyć siłę grawitacji Ziemi. 9 silników Merlin, z których każdy produkuje ciąg na poziomie nieco ponad 845 kN, łącznie daje 7607 kN na poziomie morza. Masa Falcona to ponad 549 ton. Stosunek ciągu do masy wynosi więc ~1,412. Z tego wynika, że 5387 kN użytych jest do przezwyciężenia siły grawitacyjnej Ziemi, a pozostałe 2220 kN wykorzystywane jest do oderwania się od Ziemi.

Rakieta jest przytrzymywana na stanowisku startowym przez cztery klamry, z których każda musi wytrzymać zaledwie 555 kN (około 7,3%) ciągu generowanego przez Falcona. Odpowiedni projekt sprawia, że jest to dość łatwo osiągalne.

Dlaczego hel sprawia tyle problemów przed startem?

Hel bardzo ciężko przechowywać. Jest to drugi najlżejszy pierwiastek. Jednak w  przeciwieństwie do najlżejszego (wodoru), występuje w postaci jednoatomowej. Jest w stanie przedostać się przez najmniejsze szczeliny (takie jak niedoskonałości w budowie metalowego zbiornika). Przy ciśnieniu, jakiego używa SpaceX, jest to bardzo kłopotliwe. Pomimo tego, że widzieliśmy wiele problemów związanych z helem, warto zauważyć, że większość dotyczyła innych elementów, więc obwinianie za wszystko hel jest trochę niesprawiedliwe. Zawory, zbiorniki, rury, każdy problem był inny i rozwiązywano je w różny sposób. Rozwiązanie wszystkich problemów zajmie wiele czasu, jednak SpaceX powoli zbliża się do tego celu. Już samo zrozumienie problemu jest znacznym postępem.

W następnej generacji rakiet SpaceX będą wykorzystywane silniki (Raptor) na ciekły metan i ciekły tlen. Hel nie będzie więc używany, głównie dlatego, że przy rakietach z rodziny Falcon sprawiał on tyle kłopotów. SpaceX planuje używać odpowiednio gazowego metanu/tlenu aby utrzymać ciśnienie w zbiornikach.

Co to są za wieże dookoła platformy startowej?

To piorunochrony. Chronią przed uszkodzeniem rakiety przez wyładowania atmosferyczne. Na Florydzie burze występują bardzo często, więc wszystkie platformy startowe wymagają piorunochronów. Jeden piorun uderzył w piorunochron na ~1,5 godziny przed startem rakiety Falcon 9 z satelitą AsiaSat 6.

Co to za biały dym wydobywający się z rakiety przed startem?

Przed startem zbiorniki Falcona wypełniane są kerozyną i ciekłym tlenem. Tlen ciągle zagotowuje się i paruje, więc trzeba wypuścić gazowy tlen z rakiety. Gaz w dalszym ciągu jest bardzo zimny, a gdy miesza się z otaczającym go powietrzem, gwałtownie je schładza. Gdy więc ciepłe, wilgotne powietrze miesza się z lodowatym tlenem wypuszczanym z rakiety, woda z atmosfery zamienia się w widoczną parę wodną. To właśnie jest ten dym. W Falconie 9 v1.1 FT ciekły tlen jest utrzymywany w znacznie niższej temperaturze (-207°C), aby zwiększyć jego gęstość.

Dlaczego okno startowe przy niektórych misjach ma tylko 1 sekundę?

Okna startowe do ISS są natychmiastowe. Jeśli nie można wystartować w tej jednej sekundzie, data startu zostanie zmieniona. Powodem jest to, że potrzeba optymalnego ustawienia stacji i rakiety, aby start mógł się odbyć. W czasie startu stacja musi być dokładnie nad rakietą i w odpowiedniej płaszczyźnie. Start w innym momencie wymagałby ogromnych ilości paliwa, aby dogonić ISS. Niektóre rakiety, np. Atlas, mogą mieć dłuższe okno startowe do ISS, ze względu na wbudowane sterowanie długością węzła wstępującego (ang. RAAN steering), o czym więcej można się dowiedzieć z komentarza na reddicie autorstwa użytkownika u/RocketHistory. Ta unikatowa cecha została wykorzystana podczas misji OA-4 i OA-6, których celem było dostarczenie statku Cygnus na ISS na szczycie rakiety Atlas V odpowiednio w 2015 i 2016 roku.

Czasami sama rakieta i sprzęt naziemny wpływają na długość okna startowego. Przykładem może być druga próba startu misji SES-9, która odbyła się 25 lutego 2016. Procedurę startową wstrzymano w T-1:41 ze względu na zbyt wysoką temperaturę ciekłego tlenu. Jako że nie było możliwości schłodzenia tlenu w odpowiednim czasie, próba startu na ten dzień została odwołana.

Jak szybko leci Falcon 9, kiedy doświadcza największego ciśnienia dynamicznego?

To trochę zależy od ładunku, który niesie ze sobą. Jest to prędkość pomiędzy Mach 1 a Mach 2, około 78 sekund po starcie.

Czym są te białe odłamki, które oderwały się od rakiety w czasie startu?

To zwyczajny lód. Ponieważ zbiornik z ciekłym tlenem w środku rakiety jest bardzo zimny, na rakiecie odkłada się lód. To nieunikniony, ale niegroźny skutek uboczny przechowywania kriogenicznego materiału w nieizolowanym zbiorniku (nie jest to na tyle duży problem, aby instalować ciężką izolację). Jako że lód nie jest na stałe przytwierdzony do rakiety, podczas wibracji towarzyszących startowi odpada od niej. Często jest to bardzo widowiskowy spektakl, uwieczniony na wielu zdjęciach.  

Co odpada od silnika drugiego stopnia?

To pierścień wzmacniający dyszę silnika drugiego stopnia MVac (Merlin Vaccum). Dysza nie jest zbyt sztywna (z kilku powodów, z których najważniejsze to niższa masa oraz właściwości promieniowania cieplnego służącego do chłodzenia), szczególnie kiedy silnik nie pracuje. Pierścień zapobiega uginaniu się dyszy w czasie pracy pierwszego stopnia rakiety. Po odpaleniu silnika MVac, ciśnienie wewnątrz dyszy spełnia tę funkcję, więc pierścień jest już niepotrzebny – zostaje zgodnie z założeniami odrzucony.  

Czym jest to niebieskie coś widoczne po wyłączeniu silnika drugiego stopnia?

Widok z kamery pokazuje wnętrze zbiornika z ciekłym tlenem w drugim stopniu rakiety. To co widać, to ciekły tlen w mikrograwitacji. Wiadomo to dlatego, że ciekły tlen jest bladoniebieski, a kerozyna bladożółta, jak również dlatego, że przez środek zbiornika z kerozyną przebiega rura z ciekłym tlenem. Wiemy też, że jest to w drugim stopniu rakiety, ponieważ ciekły tlen zaczyna unosić się w mikrograwitacji w tym samym momencie, w którym wyłączany jest silnik drugiego stopnia.

Co dzieje się z drugim stopniem Falcona po wyniesieniu satelity/Dragona na orbitę?

Drugie stopnie są zostawiane na orbicie lub (jak w czasie ostatnich startów) celowo deorbitowane, aby zmniejszyć ilość kosmicznych śmieci. Poprzednio stosowano to pierwsze rozwiązanie albo wystrzeliwano je na jeszcze wyższą orbitę (w różnych celach, np. aby sprawdzić możliwość ponownego odpalenia silnika). Przy misjach, w czasie których drugi stopień jest wynoszony na geosynchroniczną orbitę transferową, jest on zostawiany na tej orbicie. Ze względu na niskie perygeum tej orbity (zazwyczaj około 180-300 km), opór atmosfery spowoduje deorbitację stopnia po około 2-12 miesiącach.