niedziela, 4 lutego 2018 13:05 Pierwszy w historii start Falcona Heavy zbliża się wielkimi krokami. Ten artykuł ma pomóc zainteresowanym w lepszym poznaniu tej najpotężniejszej amerykańskiej rakiety od czasów Saturna V, który wyniósł ludzi na Księżyc. Sprawdźmy więc, czym Falcon Heavy tak naprawdę jest. 

O Falconie Heavy słów kilka

Pierwszy w historii start Falcona Heavy zbliża się wielkimi krokami. Ten artykuł ma pomóc zainteresowanym w lepszym poznaniu tej najpotężniejszej amerykańskiej rakiety od czasów Saturna V, który wyniósł ludzi na Księżyc. Sprawdźmy więc, czym Falcon Heavy tak naprawdę jest. 

Pierwsze plany budowy Falcona Heavy zostały przedstawione światu w kwietniu 2011 roku. Zdecydowanie różnił się on od obecnej wersji rakiety, a jego pierwszy lot był planowany już na 2012 rok. Jak to w przemyśle kosmicznym bywa, debiut rakiety opóźnił się aż do bieżącego roku. Wpływ na to miało wiele czynników. Budowa Falcona Heavy okazała się o wiele bardziej skomplikowana, niż pierwotnie zakładano. Sam Falcon 9 był nieustannie ulepszany i modyfikowany, przez co Falcon Heavy nie mógł za nim „nadążyć”, a we wrześniu 2016 roku platforma SLC-40 doznała znacznych uszkodzeń po eksplozji Falcona 9 podczas tankowania przed testem statycznym. Falcon Heavy, którego ujrzymy w akcji podczas nadchodzącego startu, będzie w pewnym sensie „składakiem”. Boczne boostery rakiety są pierwszymi stopniami pochodzącymi z Falcona 9 w wersji v1.2 Block 2. Zostały one odzyskane po misjach w 2016 roku. Jako że w międzyczasie Falcon 9 otrzymał kolejny zestaw usprawnień (Block 3), prawdopodobnie co najmniej część z nich została również wprowadzona w przyszłych bocznych boosterach Falcona Heavy. Jedynie środkowy człon (prawdopodobnie w wersji Block 3) i drugi stopień są całkowicie nowe. Dopiero podczas drugiego startu Falcona Heavy, który jest planowany najwcześniej na połowę 2018 roku, wykorzystana zostanie rakieta w finalnej wersji Block 5. Ostateczna wersja boosterów w rakietach z rodziny Falcon ma być dużo lepiej przystosowana do wielokrotnego i częstego użytku. Block 5 po wykonaniu misji i wylądowaniu ma być gotowy do następnego startu w zaledwie 24 godzin (nie oznacza to, że ta sama rakieta poleci dwa razy w ciągu 24 godzin, ale przygotowanie jej do kolejnego startu będzie niezwykle proste i tanie). Nogi Falcona w wersji Block 5 mają być składane (dotychczas używane po rozłożeniu muszą zostać zdemontowane), lotki wykonane z tytanu (mogliśmy ujrzeć je po raz pierwszy w akcji podczas misji Iridium-2), a osłony ładunku również mają być wielokrotnie wykorzystywane. Obecnie trwają prace na udoskonaleniem technologii ich odzysku. Pierwszy start Falcona 9 w wersji Block 5 powinien mieć miejsce wiosną 2018 roku.

Wbrew powszechnej opinii, Falcon Heavy nie jest „tylko” trzema pierwszymi stopniami Falcona 9, które zostały połączone razem. Takie twierdzenie jest zbytnim uproszczeniem, chociaż można się z nim spotkać dosyć często. O ile boczne człony są rzeczywiście praktycznie takie same jak w przypadku F9 (jedynie łącznik pomiędzy stopniami został zastąpiony zakończeniami przypominającymi kształtem stożek), tak środkowy stopień musiał zostać specjalnie wzmocniony i zmodyfikowany. Możemy założyć, że to właśnie on sprawiał w trakcie budowy najwięcej problemów. Podczas startu będą działały na niego o wiele większe siły niż w przypadku zwykłego Falcona 9, jako że musi on dodatkowo przenosić część ciągu generowanego przez boczne boostery. Nie zapominajmy, że Falcon Heavy będzie napędzany aż 27 silnikami Merlin (takimi samymi, jak w przypadku Falcona 9), które będą pracować równocześnie. To z pewnością nie ułatwiło projektowania rakiety. Jak sam Elon Musk często powtarza, „start Falcona Heavy będzie z pewnością ekscytującym wydarzeniem, w ten czy inny sposób”. 

Falcon 9 zapewnił SpaceX pewne miejsce na rynku kosmicznym. Falcon Heavy pozwoli na uszczknięcie jeszcze większego kawałka tortu, który składa się z kontraktów na wynoszenie satelitów, misji wojskowych i programów NASA. Obecnie do wynoszenia najcięższych ładunków i najtrudniejszych misji wykorzystywana jest produkowana przez United Launch Alliance (ULA) rakieta Delta IV Heavy, napędzana ciekłym wodorem i ciekłym tlenem. Falcon Heavy przebije tę rakietę pod względem osiągów. Ma on mieć nośność 64 ton na niską orbitę okołoziemską (LEO), a w połączeniu z wielokrotnością użytku otrzymamy tanią rakietę o największym udźwigu spośród wszystkich rakiet na świecie. Brzmi imponująco. Oczywiście, Falconowi Heavy, jeśli weźmiemy pod uwagę sam udźwig, sporo brakuje do Saturna V, który to zabrał ludzi na Księżyc. Większy udźwig niż zaprojektowana przez von Brauna rakieta posiadać ma dopiero system Big Falcon Rocket i Big Falcon Spaceship, na który przyjdzie nam jeszcze co najmniej kilka lat poczekać. Obecnie jednak, to Falcon Heavy będzie najpotężniejszą rakietą dostępną na rynku. Druga na podium Delta IV Heavy posiada udźwig aż o około 35 ton mniejszy. 

Nie ma cienia wątpliwości, że starty Delty IV Heavy są bardzo widowiskowe, a jej rozmiary robią wrażenie. Dlaczego są tak okazałe? Jeśli weźmiemy pod uwagę, że jest ona w stanie wynieść około 28 ton (zaledwie 5 ton więcej niż F9) na niską orbitę okołoziemską, to wydaje się, że jest ona zbyt duża jak na swoje osiągi. Podyktowane jest to paliwem, którym napędzanym są silniki RS-68A. Wodór, w przeciwieństwie do kerozyny, jest dużo mniej gęstym paliwem, co prowadzi to tego, że zbiorniki Delty IV Heavy muszą być dużo większe niż zbiorniki Falcona 9 czy Falcona Heavy. Cena za start również jest bardzo wysoka. Dzięki wykorzystaniu technologii wielokrotnego użytku, produkowaniu rakiet praktycznie w całości we własnej fabryce oraz wielu wspólnych elementach z Falconem 9, cena startu Falcona Heavy powinna zamknąć się w okolicach 90 mln dolarów, kiedy to ceny startów Delty IV Heavy dochodzą do 400 mln dolarów. 

Czego powinniśmy się podczas startu Falcona Heavy obawiać? Bez wątpienia przejścia rakiety przez tak zwany moment Max Q, kiedy to siły działające na rakietę są największe, a także oczywiście separacji bocznych członów od środkowego stopnia rakiety, która nie była do tej pory przetestowana w praktyce. SpaceX postawiło na mechaniczne oddzielanie stopni, a nie, jak to ma często miejsce w przemyśle kosmicznym, pirotechniczne. Jest to podyktowane położeniem nacisku na jak największe możliwości ponownego użycia. Pirotechniczna separacja mogłaby mieć zły wpływ na stan rakiety, która ma przecież lecieć ponownie. Nie podano jednak żadnych szczegółów dotyczących systemu  separacji bocznych członów. Pewne jest natomiast, że ich lądowanie na Cape Canaveral nie będzie równoczesne, a oddzielone o kilkanaście sekund. Prawdopodobnie dlatego, że fala uderzeniowa powstała podczas lądowania mogłaby zakłócić podejście drugiego członu do lądowiska. Środkowy stopień wyląduje kilka minut później na znajdującej się na oceanie autonomicznej barce Of Course I Still Love You (OCISLY). Pierwotnie planowano, aby on również wrócił na Cape Canaveral, ale po pierwsze powstały tylko dwa lądowiska na Florydzie, a po drugie możliwe, że orbita, na którą dostarczony zostanie ładunek, wymaga więcej energii, co wyklucza powrót środkowego stopnia na ląd.

Falcon Heavy posiada wiele zalet, jednak rozmiar osłon aerodynamicznych jest sporą wadą i dosyć mocno ogranicza zdolności rakiety, przez co nadaje się ona przede wszystkim do wynoszenia ładunków na trajektorie wymagające dużej energii (np. loty w kierunku Księżyca, czy innych planet). Co prawda może ona wynieść na niską orbitę okołoziemską (LEO) bardzo ciężki ładunek, lecz zazwyczaj razem z masą ładunku rosną jego rozmiary, co może doprowadzić do tego, że nie zmieści się on do stosunkowo małej owiewki Falcona Heavy, tej samej, która wykorzystywana jest w przypadku Falcona 9.

W tej chwili debiutancki start Falcona Heavy jest planowany na 6 lutego. Rakieta przeszła już przez pierwsze testy na platformie startowej LC-39A w Kennedy Space Center, w tym przez test znany jako „static fire”, który polega na przeprowadzeniu całej procedury startowej włącznie z odpaleniem silników. Jedyna różnica pomiędzy static fire, a prawdziwym startem jest taka, że rakieta nie zostaje uwolniona z platformy startowej. Na pokładzie rakiety znajdzie się czerwona Tesla Roadster, której właścicielem jest Elon Musk. Zdecydowano, że to właśnie ona posłuży jako symulator masy podczas misji. Tesla zostanie wyniesiona na orbitę heliocentryczną z aphelium sięgającym orbity Marsa, co oznacza, że w momencie największego oddalenia od Słońca, Tesla Roadster będzie się znajdować w okolicy Czerwonej Planety. Dodatkowo z głośników pojazdu ma wydobywać się utwór „Space Oddity” Davida Bowiego, a w bagażniku umieszczona zostanie książka „Autostopem przez Galaktykę”.

Nie zapominajmy, że oprócz pięknego startu czeka na nas równie piękne, lub nawet piękniejsze, lądowanie dwóch bocznych boosterów na Cape Canaveral i środkowego na platformie OCISLY. Początkowo mówiło się, że wszystkie trzy stopnie wrócą na ląd, ale jak widać plany zmieniły się, a na Cape wybudowano tylko jedną dodatkową platformę i nie zapowiada się w tej chwili na to, aby miala powstać kolejna. Prawdopodobnie podczas większości startów Falcona Heavy przeprowadzane będzie podwójne lądowanie na lądzie i pojedyncze na OCISLY. Niewykluczone, że podczas niektórych misji SpaceX spróbuje sprowadzić drugi stopień rakiety z powrotem na Ziemię, ale nie w celu jego ponownego wykorzystania, lecz z zamiarem przetestowania technologii i sprawdzenia, czy sprowadzenie go w jednym kawałku na Ziemię jest możliwe.

Źródła: Ars Technica, Forum NSF, Reddit, Elon Musk, SpaceXCNN, WIRED

Autorzy

Najbliższy start
2018-02-21 15:17
PAZ
Data 21 lutego 2018
Godzina 15:17 czasu polskiego
Okno startowe natychmiastowe
Miejsce startu VAFB SLC-4E 
Rakieta Falcon 9 v1.2
Ładunek PAZ, MicroSat 2a, MicroSat 2b
Popularne artykuły
Najważniejsze tagi
Zaprzyjaźnione strony