SpaceX wraca do lotów (i czemu może Cię to obchodzić)
W czerwcu eksplodowała rewolucyjna rakieta z bardzo cennym ładunkiem dla ISS. Teraz -- o 2:29 w nocy z 21/22 grudnia -- po raz pierwszy ma polecieć ponownie.
Czerwcowa katastrofa była jedyną, jaka przytrafiła się rakiecie Falcon 9, wyprodukowanej przez SpaceX. Firmę Elona Muska. Pierwszą firmę, która dotarła na orbitę za prywatne pieniądze i która ma nas dowieść na Marsa.
Nie po to, by wywiesić tam flagę. Po to, by założyć kolonię na milion osób.
I -- jak dziwnie by to nie brzmiało -- oni mówią poważnie. To chcą ostatecznie osiągnąć.
A co udało im się zrobić do tej pory?
Osiągnięcia SpaceX
Takie tam drobnostki. Zatrzęśli rynkiem rakiet nośnych, który od wspaniałych czasów programu Apollo przeżywał stagnację.
Nagle się okazało, że europejskie i amerykańskie organizacje muszą bardzo mocno stawiać na innowacyjność, jeśli nie chcą zostać w tyle za SpaceX. Nagle się okazało, że ULA, mając konkurencję, może niemal dwukrotnie obniżyć ceny lotów swoich istniejących rakiet. (Nazwa ULA nic nie mówi? a firmy składowe -- Lockheed Martin i Boeing? to może ich produkty? F-16, F-22, F35, pasażerskie samoloty Boeing?)
Innowacje SpaceX
SpaceX tworzy swoje rakiety od podstaw. Nie kupuje silników od ruskich, jak ULA czy Orbital Sciences. Metal wjeżdża do fabryki z jednej strony, a z drugiej wyjeżdżają Falcony 9.
Elon Musk postawił na prostotę, ale zamiast brać sprawdzone gotowce (jak to się robiło w branży od kilkudziesięciu lat), kazał zaprojektować wszystko od nowa. W technologiach XXI wieku. Z użyciem komputerów, laserów i druku 3D.
I tak np. pierwszy stopień Falcon 9 jest napędzany przez 9 silników Merlin, które co prawda są elastycznymi silnikami na paliwo ciekłe, ale najprostszego typu. Nowoczesne metody projektowania i budowy pomogły zaś sprawić, że mają one najlepszy w swojej klasie stosunek ciągu do masy.
Takie rozwiązania dają nowe możliwości, niższe koszty i... wyższe bezpieczeństwo. Raz się zdarzyło, że Falcon 9 stracił silnik podczas lotu. Ale inżynierowie zabezpieczyli się przed taką możliwością. Merliny są od siebie oddzielone opancerzonymi grodziami, a z zewnątrz znajdują się pokrywy, które są odrzucane w razie gwałtownej zmiany ciśnienia. Komputery Falcon 9 obliczyły w czasie rzeczywistym nową trajektorię wejścia na orbitę, grzejąc pozostałymi silnikami nieco dłużej:
Tamten lot zakończył się sukcesem. Lot czerwcowy nie.
Czerwcowa katastrofa
Zawiódł niepozorny wspornik, trzymający w miejscu pomocniczy zbiornik z helem (używanym do utrzymywania ciśnienia). Zbiornik z helem oderwał się i pękł, rozwalając drugi stopień rakiety.
Pomimo rozwałki na górze rakiety, pierwszy stopień pchał dalej jeszcze przez kilka sekund, zanim nie zadziałały awaryjne detonatory systemu autodestrukcji. Znajdujący się na szczycie rakiety, transportowy statek Dragon -- też oczywiście zbudowany od podstaw przez SpaceX -- przetrwał eksplozję i mógłby nawet wylądować na spadochronach, gdyby miał odpowiednie oprogramowanie. Niestety, wtedy jeszcze nie miał i spadochrony nie mogły się uzbroić (obecne oprogramowanie Dragona ma już oczywiście odpowiednią poprawkę!).
Wspornik. Głupi wspornik.
Jak na ironię, był to jeden ze stosunkowo niewielu elementów dostarczonych przez zewnętrznego dostawcę. Zawiódł mimo tego, że był certyfikowany do przenoszenia wielokrotnie większych obciążeń niż podczas feralnego lotu.
Defekt techniczny, który dotyczy tylko drobnego ułamka wszystkich wyprodukowanych wsporników. I dlatego nie mógł zostać zauważony.
Powrót do lotu
W pół roku, SpaceX jest gotowe do wielkiego powrotu. Gdy konkurencyjna firma, Orbital Sciences, zaliczyła eksplozję własnej rakiety, wrócili dopiero po roku. W grudniu. I w dodatku wynieśli swój statek na rakiecie kupionej od ULA, bo nie zdążyli naprawić wad konstrukcyjnych własnej.
SpaceX w te pół roku zdążyli to zrobić. To, i więcej. Nowa wersja Falcona jest mocno ulepszona. Merliny mają o 30% wyższy ciąg i pracują na paliwie (ciekłym tlenie) zmrożonym bardziej niż kiedykolwiek, co pozwala na upchanie większej ilości paliwa do tych samych zbiorników.
Wszystkie oczy są zwrócone na SpaceX, bo firma niedawno dostała nie tylko lukratywny kontrakt dla sił zbrojnych USA, ale też ma wkrótce wynosić na orbitę ludzi.
Czy wszystko zadziała? Czy drugi stopień tym razem wytrzyma do samej orbity? Czy pierwszy stopień będzie miał okazję pracować aż do planowanego wyłączenia silników? Czy z kontroli lotu padnie komenda, której nie słyszymy nigdy podczas startu jakiejkolwiek innej rakiety?
"Good luck, stage one!" -- czyli REWOLUCJA na miarę wynalezienia rakiety
No właśnie. Tak mi się jakoś zapomniało o jednym drobnym szczególe. Czymś, co -- jeśli się uda -- skosi, zdepcze i zmasakruje wszystkie inne osiągnięcia SpaceX, a także prawdopodobnie ULA i innych firm na przestrzeni ostatnich 50 lat.
Falcon 9 z pewnego powodu jest rakiet absolutnie jedyną w swoim rodzaju.
Wszystkie inne rakiety są jednorazowe. Stopnie się odłączają i rozwalają się albo w atmosferze, albo przy uderzeniu w ocean. To dlatego loty na orbitę są takie drogie. To tak jakby każdy lot Boeinga 737 kończył się tym, że pasażerowie wyskakują na spadochronach, a samolot rozbija się i do kolejnego lotu trzeba go zbudować od zera. To tak, jakby po każdym wysłaniu statusu na Facebooku telefon dokonywałby autodestrukcji i trzeba by było kupować nowy (może to wcale nie taka zła perspektywa?).
SpaceX wyposażyła Falcon 9 we wszystkie elementy, które pozwalają uratować zdecydowanie największą, najdroższą część rakiety: cały pierwszy stopień.
Po odłączeniu, pierwszy stopień aktywuje pokładową sztuczną inteligencję i zaczyna manewrować. Wylatuje ze strumienia gazów drugiego stopnia. Obraca się tyłem do kierunku lotu i odpala swoje Merliny ponownie, by zwolnić, a następnie wrócić w stronę miejsca startu. Pierwszy stopień ma już wtedy bardzo mało paliwa, więc manewruje ekstremalnie oszczędnie, w dużej części polegając na wysuwanych płetwach sterowych.
Tylko jedno podejście
Będąc już niezbyt wysoko nad ziemią (lub wodą), Falcon 9 opada spodem do dołu. Aktywuje rozkładane nogi, przygotowując się do lądowania. Nogi spełniają funkcję hamulców aerodynamicznych, ale prędkość rakiety to wciąż setki kilometrów na godzinę. Silniki Falcon 9 pozostają jednak wyłączone.
Paliwa jest za mało na dłuższą pracę Merlinów, ale problem jest większy. Pusta rakieta waży tak mało, że ciąg nawet jednego z dziewięciu Merlinów, ustawiony na minimalny gaz, przekracza ciężar rakiety. Falcon 9 nie może więc łagodnie wyhamować, zawisnąć i powolutku się opuścić -- bo już na jednym Merlinie wystrzeliłaby z powrotem w górę.
Rakieta opada więc z wielką prędkością, celując precyzyjnie w miejsce przyziemienia. Dopiero w ostatniej chwili aktywuje ciąg, który zaczyna ostro ją spowalniać. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, w chwili przyziemienia prędkości będą bliskie zeru.
Oczywiście, że Cię kocham
To się jeszcze nigdy nie udało. Jak dotąd, pierwsze stopnie próbowały lądować na wielkich, bezzałogowych, oceanicznych barkach, o wdzięcznych nazwach "Of Course I Still Love You" i "Just Read the Instructions". Udawało się precyzyjnie trafić w barkę, ale raz rakieta zbyt mocno (acz bardzo efektownie) rąbnęła o pokład:
A raz już praktycznie wylądowała, ale po chwili przewróciła się na bok (pomimo dzielnego silniczka rakietowego systemu manewrowego RCS, który pełnym ciągiem próbował zniwelować przechył):
Tym razem ma być inaczej.
Tym razem, SpaceX dostało pozwolenie do lądowania na lądzie.
Tym razem, zamiast standardowej tajemnicy i wypuszczenia filmiku z lądowania po wielu dniach, ma być stream na żywo zarówno ze startu, jak i lądowania.
Mam nadzieję, że już wkrótce będziemy świadkami historycznego wydarzenia. Good luck, stage one!
Przydatne linki
Link do webcastu prowadzonego przez Tima Urbana z bloga Wait But Why:
//waitbutwhy.com/2015/12/spacex-launch-live-webcast-and-explanation-1-21-15.html
Twitter SpaceX -- na pewno będą aktualizacje na bieżąco:
https://twitter.com/spacex
Start może oczywiście zostać przełożony na któryś z kolejnych dni, jeśli pogoda nie będzie sprzyjała lub jeśli będą np. jakieś problemy z rakietą. Ale... trzymajmy kciuki!
Czerwcowa katastrofa była jedyną, jaka przytrafiła się rakiecie Falcon 9, wyprodukowanej przez SpaceX. Firmę Elona Muska. Pierwszą firmę, która dotarła na orbitę za prywatne pieniądze i która ma nas dowieść na Marsa.
Nie po to, by wywiesić tam flagę. Po to, by założyć kolonię na milion osób.
I -- jak dziwnie by to nie brzmiało -- oni mówią poważnie. To chcą ostatecznie osiągnąć.
A co udało im się zrobić do tej pory?
Osiągnięcia SpaceX
Takie tam drobnostki. Zatrzęśli rynkiem rakiet nośnych, który od wspaniałych czasów programu Apollo przeżywał stagnację.
Nagle się okazało, że europejskie i amerykańskie organizacje muszą bardzo mocno stawiać na innowacyjność, jeśli nie chcą zostać w tyle za SpaceX. Nagle się okazało, że ULA, mając konkurencję, może niemal dwukrotnie obniżyć ceny lotów swoich istniejących rakiet. (Nazwa ULA nic nie mówi? a firmy składowe -- Lockheed Martin i Boeing? to może ich produkty? F-16, F-22, F35, pasażerskie samoloty Boeing?)
Innowacje SpaceX
SpaceX tworzy swoje rakiety od podstaw. Nie kupuje silników od ruskich, jak ULA czy Orbital Sciences. Metal wjeżdża do fabryki z jednej strony, a z drugiej wyjeżdżają Falcony 9.
Elon Musk postawił na prostotę, ale zamiast brać sprawdzone gotowce (jak to się robiło w branży od kilkudziesięciu lat), kazał zaprojektować wszystko od nowa. W technologiach XXI wieku. Z użyciem komputerów, laserów i druku 3D.
I tak np. pierwszy stopień Falcon 9 jest napędzany przez 9 silników Merlin, które co prawda są elastycznymi silnikami na paliwo ciekłe, ale najprostszego typu. Nowoczesne metody projektowania i budowy pomogły zaś sprawić, że mają one najlepszy w swojej klasie stosunek ciągu do masy.
Takie rozwiązania dają nowe możliwości, niższe koszty i... wyższe bezpieczeństwo. Raz się zdarzyło, że Falcon 9 stracił silnik podczas lotu. Ale inżynierowie zabezpieczyli się przed taką możliwością. Merliny są od siebie oddzielone opancerzonymi grodziami, a z zewnątrz znajdują się pokrywy, które są odrzucane w razie gwałtownej zmiany ciśnienia. Komputery Falcon 9 obliczyły w czasie rzeczywistym nową trajektorię wejścia na orbitę, grzejąc pozostałymi silnikami nieco dłużej:
Tamten lot zakończył się sukcesem. Lot czerwcowy nie.
Czerwcowa katastrofa
Zawiódł niepozorny wspornik, trzymający w miejscu pomocniczy zbiornik z helem (używanym do utrzymywania ciśnienia). Zbiornik z helem oderwał się i pękł, rozwalając drugi stopień rakiety.
Pomimo rozwałki na górze rakiety, pierwszy stopień pchał dalej jeszcze przez kilka sekund, zanim nie zadziałały awaryjne detonatory systemu autodestrukcji. Znajdujący się na szczycie rakiety, transportowy statek Dragon -- też oczywiście zbudowany od podstaw przez SpaceX -- przetrwał eksplozję i mógłby nawet wylądować na spadochronach, gdyby miał odpowiednie oprogramowanie. Niestety, wtedy jeszcze nie miał i spadochrony nie mogły się uzbroić (obecne oprogramowanie Dragona ma już oczywiście odpowiednią poprawkę!).
Wspornik. Głupi wspornik.
Jak na ironię, był to jeden ze stosunkowo niewielu elementów dostarczonych przez zewnętrznego dostawcę. Zawiódł mimo tego, że był certyfikowany do przenoszenia wielokrotnie większych obciążeń niż podczas feralnego lotu.
Defekt techniczny, który dotyczy tylko drobnego ułamka wszystkich wyprodukowanych wsporników. I dlatego nie mógł zostać zauważony.
Powrót do lotu
W pół roku, SpaceX jest gotowe do wielkiego powrotu. Gdy konkurencyjna firma, Orbital Sciences, zaliczyła eksplozję własnej rakiety, wrócili dopiero po roku. W grudniu. I w dodatku wynieśli swój statek na rakiecie kupionej od ULA, bo nie zdążyli naprawić wad konstrukcyjnych własnej.
SpaceX w te pół roku zdążyli to zrobić. To, i więcej. Nowa wersja Falcona jest mocno ulepszona. Merliny mają o 30% wyższy ciąg i pracują na paliwie (ciekłym tlenie) zmrożonym bardziej niż kiedykolwiek, co pozwala na upchanie większej ilości paliwa do tych samych zbiorników.
Wszystkie oczy są zwrócone na SpaceX, bo firma niedawno dostała nie tylko lukratywny kontrakt dla sił zbrojnych USA, ale też ma wkrótce wynosić na orbitę ludzi.
Czy wszystko zadziała? Czy drugi stopień tym razem wytrzyma do samej orbity? Czy pierwszy stopień będzie miał okazję pracować aż do planowanego wyłączenia silników? Czy z kontroli lotu padnie komenda, której nie słyszymy nigdy podczas startu jakiejkolwiek innej rakiety?
"Good luck, stage one!" -- czyli REWOLUCJA na miarę wynalezienia rakiety
No właśnie. Tak mi się jakoś zapomniało o jednym drobnym szczególe. Czymś, co -- jeśli się uda -- skosi, zdepcze i zmasakruje wszystkie inne osiągnięcia SpaceX, a także prawdopodobnie ULA i innych firm na przestrzeni ostatnich 50 lat.
Falcon 9 z pewnego powodu jest rakiet absolutnie jedyną w swoim rodzaju.
Wszystkie inne rakiety są jednorazowe. Stopnie się odłączają i rozwalają się albo w atmosferze, albo przy uderzeniu w ocean. To dlatego loty na orbitę są takie drogie. To tak jakby każdy lot Boeinga 737 kończył się tym, że pasażerowie wyskakują na spadochronach, a samolot rozbija się i do kolejnego lotu trzeba go zbudować od zera. To tak, jakby po każdym wysłaniu statusu na Facebooku telefon dokonywałby autodestrukcji i trzeba by było kupować nowy (może to wcale nie taka zła perspektywa?).
SpaceX wyposażyła Falcon 9 we wszystkie elementy, które pozwalają uratować zdecydowanie największą, najdroższą część rakiety: cały pierwszy stopień.
Po odłączeniu, pierwszy stopień aktywuje pokładową sztuczną inteligencję i zaczyna manewrować. Wylatuje ze strumienia gazów drugiego stopnia. Obraca się tyłem do kierunku lotu i odpala swoje Merliny ponownie, by zwolnić, a następnie wrócić w stronę miejsca startu. Pierwszy stopień ma już wtedy bardzo mało paliwa, więc manewruje ekstremalnie oszczędnie, w dużej części polegając na wysuwanych płetwach sterowych.
Tylko jedno podejście
Będąc już niezbyt wysoko nad ziemią (lub wodą), Falcon 9 opada spodem do dołu. Aktywuje rozkładane nogi, przygotowując się do lądowania. Nogi spełniają funkcję hamulców aerodynamicznych, ale prędkość rakiety to wciąż setki kilometrów na godzinę. Silniki Falcon 9 pozostają jednak wyłączone.
Paliwa jest za mało na dłuższą pracę Merlinów, ale problem jest większy. Pusta rakieta waży tak mało, że ciąg nawet jednego z dziewięciu Merlinów, ustawiony na minimalny gaz, przekracza ciężar rakiety. Falcon 9 nie może więc łagodnie wyhamować, zawisnąć i powolutku się opuścić -- bo już na jednym Merlinie wystrzeliłaby z powrotem w górę.
Rakieta opada więc z wielką prędkością, celując precyzyjnie w miejsce przyziemienia. Dopiero w ostatniej chwili aktywuje ciąg, który zaczyna ostro ją spowalniać. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, w chwili przyziemienia prędkości będą bliskie zeru.
Oczywiście, że Cię kocham
To się jeszcze nigdy nie udało. Jak dotąd, pierwsze stopnie próbowały lądować na wielkich, bezzałogowych, oceanicznych barkach, o wdzięcznych nazwach "Of Course I Still Love You" i "Just Read the Instructions". Udawało się precyzyjnie trafić w barkę, ale raz rakieta zbyt mocno (acz bardzo efektownie) rąbnęła o pokład:
A raz już praktycznie wylądowała, ale po chwili przewróciła się na bok (pomimo dzielnego silniczka rakietowego systemu manewrowego RCS, który pełnym ciągiem próbował zniwelować przechył):
Tym razem ma być inaczej.
Tym razem, SpaceX dostało pozwolenie do lądowania na lądzie.
Tym razem, zamiast standardowej tajemnicy i wypuszczenia filmiku z lądowania po wielu dniach, ma być stream na żywo zarówno ze startu, jak i lądowania.
Mam nadzieję, że już wkrótce będziemy świadkami historycznego wydarzenia. Good luck, stage one!
Przydatne linki
Link do webcastu prowadzonego przez Tima Urbana z bloga Wait But Why:
//waitbutwhy.com/2015/12/spacex-launch-live-webcast-and-explanation-1-21-15.html
Twitter SpaceX -- na pewno będą aktualizacje na bieżąco:
https://twitter.com/spacex
Start może oczywiście zostać przełożony na któryś z kolejnych dni, jeśli pogoda nie będzie sprzyjała lub jeśli będą np. jakieś problemy z rakietą. Ale... trzymajmy kciuki!