czwartek, 4 października 2018 02:18 Podczas tegorocznego Międzynarodowego Kongresu Astronautycznego w Bremie (IAC 2018) Hans Koenigsmann, wiceprezydent i główny inżynier SpaceX, wygłosił przemówienie na temat wielokrotnego użytku różnych elementów rakiet i statków kosmicznych produkowanych przez firmę.

Wielokrotne użycie: klucz do niezawodności i przystępności cenowej

Hans Koenigsmann podczas wystąpienia na IAC 2018 (Fot. Piotr Szmigielski)

Podczas tegorocznego Międzynarodowego Kongresu Astronautycznego w Bremie (IAC 2018) Hans Koenigsmann, wiceprezydent SpaceX, wygłosił przemówienie pod tytułem „Wielokrotne użycie: klucz do niezawodności i przystępności cenowej”. Nie przedstawił on co prawda istotnych nowości dotyczących przyszłych planów firmy, jednakże przekazał wiele informacji oraz ciekawostek.

Przez pierwszą część prezentacji Koenigsmann skupił się na zaprezentowaniu dotychczasowych projektów oraz osiągnięć firmy – statków Dragon, rakiet z rodziny Falcon, rosnącej częstotliwości startów, a także lądowania za pomocą silników oraz ponownych lotów pierwszego stopnia. Zaznaczył, że długofalowym celem firmy wciąż jest uczynienie ludzkości gatunkiem międzyplanetarnym. Wspomniał także o tym, że gdy wraz z Elonem Muskiem oraz Gwynne Shotwell odwiedził IAC w Bremie w 2003 roku, mało kto był zainteresowany SpaceX. Prezentacja planów firmy, podczas której pokazano m.in. Falcona 1, a także pierwszą koncepcję Falcona Heavy, odbywała się w niewielkiej sali i nie przyciągnęła większej uwagi.

Od tamtej pory wiele się jednak zmieniło, a firma znacząco się rozrosła. Obecnie biura oraz obiekty SpaceX znajdują się w dziewięciu różnych lokacjach w Stanach Zjednoczonych, a liczba pracowników przekracza już 6000. SpaceX stara się nie zwiększać nadmiernie tej liczby, jednakże pracy jest bardzo dużo, więc przez długi czas konieczne było zatrudnianie wielu dodatkowych ludzi, natomiast ostatnio dynamika wzrostu znacząco wyhamowała. Dla samego Koenigsmanna niesamowite jest to, że może on obecnie swobodnie wejść na teren platformy startowej LC-39A, którą będąc młodszym oglądał w telewizji jako miejsce startów misji Apollo oraz promów kosmicznych. Ciekawostką jest również fakt, że główny budynek SpaceX w Hawthorne jest tak duży, że początkowo pracownicy parkowali swoje samochody w środku, a obecne biuro Koenigsmanna znajduje się bardzo blisko miejsca, w którym dawniej parkował.

Koenigsmann przedstawił również możliwości rakiet Falcon 9 oraz Falcon Heavy, jeśli chodzi o masę ładunku, jaką mogą one dostarczyć na poszczególne orbity. O ile podobne informacje podane są na stronie internetowej firmy, to po raz pierwszy dowiedzieliśmy się, jakie są ograniczenia masy przy lotach na geosynchroniczną orbitę transferową (GTO) dla konkretnych profili lotu.

Maksymalny ładunek dla różnych profili lotu przy startach na GTO (Źródło: SpaceX)

Graniczna masa przy locie Falconem 9 bez odzysku wydaje się być zaniżona (również w porównaniu do oficjalnej strony firmy), na co zwrócił uwagę także sam Koenigsmann, jednakże może to wynikać z faktu, że przy cięższych ładunkach SpaceX preferuje skorzystanie z Falcona Heavy i odzyskanie wszystkich trzech boosterów. Przedstawiona została również teoretyczna możliwość lądowania każdego z nich na autonomicznym statku na oceanie, jednakże obecnie SpaceX nie dysponuje trzema statkami, więc taka opcja być może będzie dostępna dopiero w przyszłości.

Pierwsze udane lądowanie Falcona 9 (Źródło: SpaceX)Następnie Koenigsmann opowiedział o tym, dlaczego SpaceX tak bardzo skupia się na możliwości wielokrotnego użycia rakiet i statków. Prowadzi to oczywiście do wielu problemów, szczególnie w początkowej fazie. Przy klasycznym podejściu rakiety projektowane są pod kątem wydajności przy wynoszeniu ładunków na orbitę. Aby przystosować je do lądowania i możliwości ponownego lotu bez poważnych napraw, konieczne jest wprowadzenie istotnych zmian w projekcie (np. dodanie osłon termicznych), co prowadzi m.in. do kompromisów i obniżenia wydajności. Ważne jest również, aby wiedzieć, jak wiele mogą wytrzymać poszczególne części, w szczególności jeśli chodzi o drgania. Nie jest to jednakże całkowicie nowe zagadnienie, ponieważ podobny problem występuje od dawna w przypadku helikopterów.

Problemem, który blokuje powszechniejszy rozwój rakiet wielokrotnego użytku jest fakt, że dopóki rynek akceptuje jednorazowe rakiety, firmy nie mają motywacji, aby inwestować duże środki w prace nad wielokrotnym wykorzystaniem, ponieważ za każdą nową sztukę rakiety otrzymują pieniądze. Oczywiście, można wciąż ulepszać jednorazowe rakiety, sprawiać, by były coraz tańsze, jednakże potencjalna skala obniżki kosztów w przypadku rakiet wielokrotnego użytku jest nieporównywalnie większa. W przypadku SpaceX pozwoliło to również na znaczące zwiększenie częstotliwości startów. Nie stało się to oczywiście z dnia na dzień i wymagało dużych inwestycji i wielu lat pracy, zanim widać było faktyczne efekty.

Oprócz najbardziej oczywistych kwestii finansowych, wielokrotne użycie prowadzi także do wielu pozytywnych „skutków ubocznych”. Jednym z nich jest możliwość inspekcji rakiety po lądowaniu, co może pozwolić na odkrycie problemów, których w inny sposób nie dałoby się zauważyć. Można także zamontować więcej kamer czy czujników, nie zwiększając przepustowości kanału telemetrii (która zawsze jest ograniczona), ani nie wprowadzając żadnych zmian w jego konfiguracji – zapisane dane można przejrzeć dopiero po lądowaniu, nie trzeba transmitować ich na Ziemię. Tak więc, podsumowując, wielokrotne użycie pozytywnie wpływa na niezawodność całego systemu.

Autonomiczna platforma do lądowania, JRTI (Źródło: SpaceX)Później Hans Koenigsmann przypomniał pokrótce, w jaki sposób lądują rakiety SpaceX. Wspomniał też o tym, że podczas lądowania na platformie Just Read The Instructions po starcie z Vandenberg Air Force Base, platforma musi być ustawiona nieco obok kursu, po którym leci rakieta. Ma to związek z koniecznością omijania wodnych dróg transportowych, a także ze względów środowiskowych. Zdaniem głównego inżyniera SpaceX jest to nieco zabawne, biorąc pod uwagę fakt, że firma nie planuje wyrzucania rakiety do oceanu, a jej złapanie. 

Koenigsmann poinformował też o nazewnictwie nowej platformy do lądowania na zachodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych. Nosi ona nazwę Landing Zone 4 (LZ-4). Pierwsze lądowanie w tym miejscu ma się odbyć już podczas najbliższej misji SAOCOM 1A. 

Podane zostały również informacje związane z ponownym użyciem Falcona 9 w praktyce. Każdy booster od razu po lądowaniu wykonuje serię zadań, które mają sprawić, że ludzie będą mogli bezpiecznie do niego podejść. Jednym z nich jest wypuszczenie resztek helu, który używany jest do utrzymywania ciśnienia w zbiornikach rakiety. Składane są również lotki sterowe. Po tym przychodzi czas na inspekcję rakiety i przygotowanie jej do ponownego użycia. Składa się na to m.in. dokładne sprawdzenie silników i osłony termicznej, a także osłony aerodynamicznej biegnącej wzdłuż boostera. Z informacji podanych przez Koenigsmanna wynika, że zdarzały się uszkodzenia osłony aerodynamicznej przez odpadające kawałki osłony termicznej zainstalowanej na spodzie rakiety. Następnie przeprowadzany jest test statyczny, który ma potwierdzić, że pierwszy stopień będzie można wykorzystać ponownie.

Każde lądowanie pozwala na zebranie kolejnych cennych danych, które pozwalają ulepszyć rakietę i sprawić, by była ona jeszcze bardziej niezawodna. Zdaniem Koenigsmanna w przyszłości nie będzie potrzeby tak dokładnego sprawdzania rakiety po każdym locie. Twierdzi on, że konieczne będzie jedynie ustalenie odpowiedniego programu przeglądów rakiety w podobny sposób, jak ma to miejsce w samolotach. 

Osłona ładunku z misji Iridium-6/GRACE-FO po lądowaniu na powierzchni oceanu (Źródło: SpaceX)Następnie Koenigsmann przypomniał o próbach odzyskiwania osłon ładunku. Dotychczas firma SpaceX kilka razy przeprowadziła takie próby w czasie lotów, jednak ani razu nie udało się ich złapać w sieć zainstalowaną na pokładzie statku Mr. Steven. Niektóre osłony, które wylądowały w wodzie, wyglądały jednak na całkowicie nienaruszone. Na ten rok firma planuje przeprowadzenie jeszcze kilku prób zrzucenia osłon z samolotu, a także kolejne próby ich złapania podczas misji.

Kolejnym elementem, który SpaceX odzyskuje i używa ponownie, jest statek Dragon, który dostarcza zapasy, sprzęt i eksperymenty naukowe na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS). Do tej pory kilka razy kapsuły były wykorzystane ponownie. Po wylądowaniu w Oceanie Spokojnym są one transportowane do Teksasu, gdzie są czyszczone ze słonej wody i innych zanieczyszczeń, a następnie przygotowywane do kolejnego lotu. W przeciwieństwie jednak do towarowego Dragona, wersja załogowa będzie lądować w Oceanie Atlantyckim. Koenigsmann wspomniał też o kilku zaletach, które posiada Dragon w stosunku do innych statków zaopatrujących ISS. Jest on wyposażony w bagażnik, który pozwala na zewnętrzny transport ładunków, które następnie są wyjmowane przez robotyczne ramię Canadarm 2. To pozwala na znacznie łatwiejsze dostarczanie na Międzynarodową Stację Kosmiczną dużych ładunków, które nie zmieściłyby się we włazie statku. Drugą zaletą jest możliwość sprowadzenia ładunku ze stacji na Ziemię. 

Jeśli chodzi o załogowego Dragona, to o ile sprzęt może być gotowy, firmę wciąż będzie czekać jeszcze trochę biurokracji i pracy związanej z certyfikacją do lotów. Dlatego wciąż nie ma pewności co do tego, czy statek uda się wynieść w kosmos w tym roku. Obecnie bezzałogowa misja Dragona 2 planowana jest na grudzień.

W temacie BFR Koenigsmann powiedział jedynie, że SpaceX jak najbardziej poważnie traktuje wyprawę na Marsa. Prace nad rakietą już trwają i obecnie budowane są niektóre elementy jej zbiorników.

Swoją prezentację Hans Koenigsmann zakończył pokazując film ze startu Falcona Heavy. Po nim powiedział, że tym, co według niego jest największym osiągnięciem SpaceX w ciągu ostatnich 15 lat jest to, że ludzie znowu zaczęli ekscytować się podbojem kosmosu. Porównał to do lat sześćdziesiątych, kiedy trwał wyścig na Księżyc. 

Później główny inżynier SpaceX odpowiedział na kilka pytań publiczności. Jeśli chodzi o Falcona 9 w wersji Block 5, Koenigsmann stwierdził, że jest zaskoczony tym, jak dobrze rakieta znosi lot i powrót na Ziemię. Wciąż jednak są mniejsze rzeczy, które nie są idealne i firma stara się je poprawić. 

Hans Koenigsmann podczas wystąpienia na IAC 2018 (Fot. Piotr Szmigielski)Na pytanie dotyczące kerozyny jako nienajlepszego paliwa rakietowego, Hans Koenigsmann stwierdził, że jest to dobry wybór pod względem ceny samego paliwa i łatwości jego przechowywania. Jest ona wystarczająco gęsta, aby rakieta nią zasilana była stosunkowo mała. Nie jest to idealne rozwiązanie w drugim stopniu, jednak problem można rozwiązać powiększając nieco samą rakietę. 

Kolejne pytanie dotyczyło interakcji pomiędzy silnikami BFR, porównaniem tego do 27 silników Falcona Heavy oraz testów, jakie firma planuje przeprowadzić. Koenigsmann stwierdził, że poza tworzeniem samych analiz, konieczne będzie przeprowadzenie serii testów przed lotem. Nie spodziewa się jednak znacznych problemów związanych z równoczesną pracą 31 silników. W Falconie Heavy silniki uruchamiane są grupami, zamiast wszystkich na raz, więc podobne rozwiązanie zostanie wykorzystane w nowej rakiecie SpaceX.

Ostatnie pytanie poruszało kwestie wysokiej prędkości podczas powrotu na Ziemię z lotu dookoła Księżyca. Zdaniem Koenigsmanna nie należy brać pod uwagę samej prędkości, ale także sposób przenoszenia i rozpraszania ciepła. Do tego ma służyć odpowiednia osłona termiczna. W przypadku Dragona, który również był przystosowany do powrotu z lotu wokół Srebrnego Globu, osłona termiczna była od początku do tego projektowana. Jako że statek wykorzystywany jest obecnie jedynie do lotów na niską orbitę okołoziemską, jego osłona termiczna była z czasem modyfikowana do tego zadania, ponieważ pierwotne rozwiązanie było „zbyt dobre”. Możliwe, że podobnie sprawa będzie wyglądać również w przypadku nowego statku kosmicznego, Big Falcon Spaceship (BFS).

Autorzy

Najbliższy start
Es'hail 2
Data 14 listopada 2018
Miejsce startu KSC LC-39A 
Miejsce lądowania OCISLY
Rakieta Falcon 9 Block 5
Ładunek Es'hail 2, 2x AMSAT P4A
Popularne artykuły
Najważniejsze tagi
Zaprzyjaźnione strony