SpaceX a prins o rachetă masivă. Deci, ce urmează?

Capturarea uluitoare și uimitoare a unei rachete Starship la începutul acestei luni de către două brațe mecanice a marcat un pas semnificativ înainte în eforturile SpaceX de a modifica pentru totdeauna relația umanității cu cerul.

Cu toate acestea, oricât de remarcabilă a fost captura rachetei, ea nu reprezintă decât un singur pas pe o cale lungă. SpaceX încearcă să facă lansarea ieftină, frecventă și fiabilă cu Starship, iar compania lucrează pentru o zi în care rachetele sunt prinse în mod obișnuit de turnul de lansare, așezate înapoi pe un suport de lansare, alimentate și zburate din nou în câteva ore. SpaceX spune că aceste eforturi vor culmina într-o zi cu aterizarea navelor stelare pe Lună și Marte.

Criticii arhitecturii Starship spun că aceasta este ineficientă din cauza realimentării în masă care trebuie să aibă loc pe orbita joasă a Pământului pentru ca nava spațială să poată călători oriunde. De exemplu, completarea completă a unei nave stelare care poate ateriza oamenii pe Lună și îi poate readuce pe orbita lunară poate duce la o duzină sau mai multe zboruri de tanc. Dar acest lucru pare prostește nepractic doar în vechea paradigmă spațială, în care lansarea este costisitoare, rară și nesigură. O astfel de critică pare mai puțin importantă dacă ne imaginăm că SpaceX ajunge la punctul de a lansa o duzină de nave spațiale pe săptămână sau mai multe în câțiva ani.

Capturarea unui propulsor Super Heavy pe 13 octombrie la instalația Starbase a companiei din sudul Texasului ne aduce mai aproape de o rată de zbor atât de mare. A validat sălbatic conceptul unui turn de lansare care nu numai că susține o rachetă înainte de decolare, dar are apoi mijloacele să o apuce câteva minute mai târziu. Chiar și acum doi ani, această idee părea ciudat, dar nu mai. SpaceX a demonstrat că propulsorul său titan nu are nevoie de picioare greoaie de aterizare și poate elimina zilele de timp de procesare, altfel necesare pentru a muta o rachetă aterizată înapoi la locul de lansare. Mai puțină masă și intervale mai scurte sunt câștiguri uriașe pentru Starship.

Deci, ce urmează?

Iată cea mai bună încercare a noastră de a pune cap la cap reperele și obiectivele majore ale programului Starship în următorii câțiva ani, înainte ca acesta să deblocheze capacitatea de a ateriza oameni pe Lună pentru Programul Artemis al NASA și să înceapă să zboare misiuni demonstrative pe Marte. Pentru distracție, am inclus și câteva date estimative pentru fiecare dintre aceste repere. Acestea reprezintă cele mai bune presupuneri ale noastre și aproape sigur sunt greșite.

Reaprinderea Raptor în zbor (sfârșitul lui 2024, începutul lui 2025)

Până în prezent, treapta superioară Starship a rachetei Super Heavy încă nu a zburat pe o traiectorie orbitală. În schimb, a doua etapă a fost pierdută în timpul primelor trei zboruri înainte de a face o reintrare controlată în Oceanul Indian la al patrulea și al cincilea zbor de testare al vehiculului, inclusiv lansarea la începutul acestei luni.

Principalul motiv pentru care Starship nu a intrat pe orbită și a efectuat mai multe zboruri în jurul planetei este că SpaceX (și Administrația Federală de Aviație) doresc să se asigure că vehiculul este adus înapoi pe Pământ în siguranță și aterizat într-o zonă îndepărtată a unui ocean. Nava este foarte mare, iar bucăți din vehicul care căde pe uscat, în special pe pământ populat, ar fi catastrofale. Pentru a face o reintrare controlată, SpaceX trebuie să demonstreze capacitatea de a reaprinde motoarele Raptor ale rachetei în spațiu pentru o ardere precisă a deorbitei.

În timpul celui de-al treilea zbor de testare al navei Starship, în martie 2024, SpaceX a plănuit inițial să efectueze o reaprindere în zbor a unuia sau mai multor motoare Raptor, dar această încercare a fost întreruptă, deoarece vehiculul a scăpat de sub control. În ultimele două zboruri de testare, SpaceX nu a încercat un test Raptor, deoarece echipele de inginerie s-au concentrat pe îmbunătățirea capacităților de reintrare a celei de-a doua etape.

Cu toate acestea, SpaceX poate încerca să aprindă unul sau mai multe motoare Raptor în timpul celui de-al șaselea zbor de testare sau la scurt timp după aceea. Acest lucru ar permite companiei să înceapă să zboare misiuni orbitale cu Starship și probabil să deschidă calea lansărilor Starlink, posibil încă din prima jumătate a anului viitor. Aceștia vor fi sateliți Starlink mai mari, care se pot încadra numai în sarcina utilă spațioasă a Starship și vor oferi capacitate de internet direct către celulă.

SpaceX a testat deja treapta superioară Starship pentru acest al șaselea zbor de testare (cunoscut sub numele de Ship 31), iar săptămâna trecută a lansat prima treaptă Super Heavy (Booster 13) la locul de lansare pentru un test de foc static. Din punct de vedere hardware și normativ, o lansare a acestui zbor de testare în noiembrie este foarte posibilă.

Întoarceți o navă pe tera firma (de la mijlocul până la sfârșitul anului 2025)

La cel de-al cincilea zbor de testare din această lună, SpaceX a demonstrat capacitatea de a ateriza o etapă superioară a navei într-o zonă vizată a Oceanului Indian. Știm acest lucru deoarece compania avea o cameră pe o geamandură pre-poziționată urmărind reintrarea rachetei și apoi a lansat filmarea.

Abilitatea de a ateriza cu precizie Starship deschide posibilitatea de a aduce o Starship înapoi pe uscat. Fondatorul SpaceX, Elon Musk, a menționat că „prinderea” unei nave stelare în prima jumătate a anului 2025, probabil cu un turn în sudul Texasului. (Compania nu este aproape de a finaliza turnuri de lansare și captură în altă parte din lume). Cu toate acestea, problemele de reglementare legate de capturarea unei nave stelare la instalația Starbase din sudul Texasului sunt, pentru a spune ușor, interesante.

Spre deosebire de propulsorul Super Heavy, care zboară deasupra Golfului Mexic și primește doar undă verde pentru a se întoarce la locul de lansare de coastă cu câteva secunde înainte de o încercare de aterizare, Starship ar zbura neapărat deasupra Mexicului (probabil nu departe de orașul populat Monterrey) și Texasul pe drumul său către Starbase. Vrei să fii destul de sigur că bucăți mari ale navei tale spațiale nu cad atunci când te întorci pe uscat.

Din acest motiv, SpaceX poate încerca să aterizeze vertical Starship în altă parte. Au existat zvonuri despre un parteneriat cu Australia, iar o sursă a declarat pentru Ars că SpaceX cercetează atolul Johnston din Oceanul Pacific la începutul acestui an. Astfel de locații ar permite o întoarcere mai sigură a navei la aterizare. Cu toate acestea, o astfel de abordare ar necesita și etape de aterizare.

În viitor, SpaceX va construi, fără îndoială, mai multe versiuni de Starship. „Navele-cisternă” folosite pentru a livra propulsor într-un depozit mare pe orbita joasă a Pământului nu vor avea picioare, deoarece vor zbura înapoi în Texas sau Florida pentru a fi prinse de turnuri. Dar pentru a ateriza pe Lună sau pe Marte, SpaceX va trebui în cele din urmă să adauge picioare vehiculului.

Întrebarea este dacă SpaceX va întreprinde acest proiect de dezvoltare a piciorului acum pentru a permite testele de aterizare sau pentru a-l împinge înapoi și a naviga în desișul de reglementare pentru a permite capturile Starship în sudul Texasului. Este posibil să nu fi fost încă luată o decizie finală.

demonstrație HLS prop-transfer (sfârșitul anului 2025)

Aceasta este următoarea piatră de hotar pentru NASA, care este nerăbdătoare să vadă dezvoltarea unui „Sistem de aterizare umană” pentru a-și facilita planul Artemis pentru Lună. În mod public, agenția spațială ține la o dată din septembrie 2026 pentru a ateriza primul său echipaj Artemis pe suprafața lunară. Pentru a ajunge la acea dată, oficialii NASA i-au spus anterior lui Ars că SpaceX trebuie să efectueze un test de transfer de combustibil în primul trimestru al anului 2025.

Nu ne așteptăm să se întâmple așa ceva, deoarece trebuie finalizate o mulțime de lucrări pregătitoare înainte ca acest test să poată avea loc.

Pentru demonstrația de transfer al propulsorului, SpaceX va lansa o „țintă” de navă pe orbita joasă a Pământului, pentru a fi urmată îndeaproape de un „vânător” de navă. Vehiculele se vor întâlni apoi în spațiu, andocare și într-un balet spațial fără precedent, vehiculul urmăritor va transfera o cantitate semnificativă de propulsor criogenic în vehiculul țintă. În cele din urmă, navele se vor decupla și fiecare va efectua o ardere de deorbită.

Realizarea acestei misiuni demonstrative va necesita probabil finalizarea unui al doilea turn de lansare în sudul Texasului pentru lansarea vânătorului. În plus, SpaceX trebuie să construiască și să testeze mecanisme de andocare, deconectare rapidă, senzori de navigație și propulsoare cu gaz fierbinte.

SpaceX funcționează rapid și, fără îndoială, a avansat în multe dintre aceste zone din fundal. Cu toate acestea, compania nu are încă o dată fermă pentru test. Două surse au declarat pentru Ars că compania vizează „anul viitor” pentru test, așa că, din punct de vedere optimist, suntem poate la un an distanță de ceea ce va fi cu siguranță televizorul de văzut. Indiferent de rezultatul testului, este probabil ca SpaceX să efectueze mai multe versiuni ale acestui test pentru a optimiza procedurile.

Rezburați o primă etapă Super Heavy (începutul anului 2026)

SpaceX a recuperat acum etapa de amplificare a rachetei sale Starship și nu poate exista nicio îndoială că inginerii preiau date incredibil de valoroase despre performanța vehiculului și despre uzura hardware-ului. Acest booster nu va zbura din nou, dar una dintre primele etape prinse în lunile următoare poate foarte bine să zboare a doua oară.

După această captură de rachetă în această lună, Musk a comentat pe rețeaua sa de socializare, X, că există „o șansă bună ca Starship să obțină reutilizarea completă a stack-ului în 2025, care este descoperirea esențială necesară pentru a face viața multiplanetară”. Acest lucru implică faptul că compania dorește să zboare din nou atât un booster, cât și o etapă superioară anul viitor, dar cronologia pare optimistă, în special pentru etapa superioară a Starship.

Istoria poate oferi câteva indicii mai bune despre ce să vă așteptați. Au trecut puțin mai mult de 15 luni între prima dată când SpaceX a aterizat o rachetă Falcon 9 în decembrie 2015 și eventuala reutilizare a unei prime etape în martie 2017. Urgența este mai mare cu Starship, iar compania are mult mai multe resurse la îndemână. În același timp, Super Heavy este un vehicul mult mai mare și mai complex decât racheta Falcon 9. M-aș aștepta ca SpaceX să își ia timpul pentru a testa complet o etapă de impuls înainte de a o pune înapoi pe un turn de lansare, limitând astfel riscurile pentru infrastructura sa de la sol.

SpaceX repetă, de asemenea, rapid designul amplificatoarelor sale, astfel încât vehiculele pe care aterizează astăzi s-ar putea să nu fie cele pe care dorește să le zboare din nou, preferând să folosească modele îmbunătățite. Din aceste motive, este probabil cel puțin un an distanță de un re-zbor super-greu.

Sisteme de pământ și LOX

Nu punem o dată pentru aceasta, deoarece se va întâmpla treptat în timp. Cu toate acestea, pregătirea drumului pentru lansările frecvente de Starship reprezintă un obstacol semnificativ în următorii doi ani.

Musk a spus că, inițial, SpaceX plănuiește să construiască două turnuri de lansare în Texasul de Sud și două în Florida. Probabil, aceasta este infrastructura de bază la sol necesară pentru a susține Programul Artemis și multiplele zboruri de realimentare necesare pentru a permite atingerile lunare. SpaceX are încă o mulțime de documente de procesat pentru aceasta, sub forma lucrului cu Forța Spațială a SUA din Florida și a evaluărilor de mediu cu Administrația Federală a Aviației pentru a construi aceste patru turnuri și a atinge o cadență mare de lansări.

O altă problemă majoră, dar neapreciată, sunt mărfurile. La decolare, propulsorul Super Heavy transportă singur o masă de 7,5 milioane de lire sterline (3.400 de tone metrice) de propulsor criogenic. Starship necesită aproximativ o treime mai mult. Sună mult pentru că este. Oxigenul lichid cuprinde o majoritate semnificativă din acest lucru, iar fiecare lansare pune un impact serios în producția de oxigen lichid din SUA, care este utilizat de diverși clienți, inclusiv spitale.

Altfel spus, lansarea a patru rachete Starship într-o singură zi ar consuma toată capacitatea de oxigen lichid a națiunii pentru ziua respectivă. În consecință, SpaceX trebuie să găsească o modalitate de a extinde producția de oxigen lichid și de a asigura o aprovizionare extraordinară atât pentru sudul Texasului, cât și pentru viitoarele sale stele. facilități de lansare hip în Florida.

Test de zbor de lungă durată (sfârșitul anului 2026)

NASA a avut în mod constant această etapă în programul său Human Landing System, de când primele versiuni ale cronologiei au fost lansate în august 2021. (La momentul respectiv, testul de transfer al propulsorului trebuia să aibă loc în al patrulea trimestru al anului 2022, iar zborul de lungă durată testul aproximativ șase luni mai târziu, așa că avem aproximativ trei ani în urmă).

Deși agenția spațială a oferit puține detalii, acest test de lungă durată este probabil menit să demonstreze capacitatea unui vehicul Starship de a zăbovi lângă Lună.

Acest lucru este necesar deoarece, ca parte a misiunilor inițiale Artemis, astronauții NASA se vor lansa în interiorul unei nave spațiale Orion și se vor întâlni cu Starship pe orbita lunară câteva zile mai târziu. Din cauza potențialelor întârzieri ale vremii și ale lansării tehnice pentru racheta Space Launch System a NASA, Starship trebuie să poată zăbovi pe orbita lunii timp de până la 100 de zile în timp ce așteaptă sosirea unui echipaj. În acest timp, nava trebuie să rămână în mod autonom într-o stare de locuit și să prevină evaporarea semnificativă a oxigenului său lichid și a propulsorului metan.

NASA și SpaceX vor finaliza probabil proiectarea vehiculului „lunar” Starship după acest test de zbor.

Aterizare pe Lună fără echipaj (de la începutul până la mijlocul anului 2027)

Acesta va fi cel mai critic test al navei stelare înainte de a avea loc o aterizare pe Lună. În timpul acestui zbor, o navă cu combustibil complet va pleca de pe orbita joasă a Pământului și va călători spre Lună. Acolo, după o anumită perioadă de timp, va fi liber să încerce o aterizare verticală în apropierea Polului Sud al Lunii.

Există mai multe provocări cu o astfel de aterizare, dar una dintre cele mai semnificative este potențialul de basculare. Nava are nevoie de o suprafață destul de plană pentru a se asigura că vehiculul nu se răstoarnă. (O sursă i-a indicat lui Ars că suprafața lunară trebuie să fie la 1,5 grade de a fi perfect plată). Această misiune va transporta probabil încărcătură care va fi descărcată pentru a testa „liftul” pe care astronauții îl vor călători înăuntru până la suprafața Lunii.

După câteva zile la suprafață, Starship va intra în partea cea mai critică a misiunii sale, ascensiunea de pe suprafața lunară. Modulul lunar Apollo a folosit propulsori hipergolici stocabili, Aerozine 50 și tetroxid de azot, care nu trebuiau păstrați la temperaturi criogenice, cum ar fi metanul și oxigenul lichid. Provocarea pentru Starship este că trebuie să se lanseze de pe suprafața Lunii fără un turn sau vreun echipament de sprijin la sol. Acesta va fi testul acid pentru viabilitatea Starship-ului ca aterizare lunară.