Dekada, pełno wybuchów i niepewność. Czy ta supertechnologia SpaceX ma sens? [TAKA CIEKAWOSTKA]

Przez eksplozje do celu - tak można podsumować lata prac nad technologią czyniącą rakietę Elona Muska czymś wyjątkowym. Obchodząca właśnie dekadę lotów Falcon 9 nie jest bowiem niczym wybitnym, jeśli chodzi o swoje podstawowe zadanie, czyli wynoszenie ładunków w kosmos. Wyjątkowa i ciekawa jest jej zdolność do powrotu na Ziemię. Choć nie brakuje głosów, że nie ma to sensu.

Głosy negatywne słychać jednak rzadko i giną w powszechnym szaleństwie na punkcie SpaceX oraz Muska. Podobnej ekscytacji lotami w kosmos nie było chyba od pierwszych lotów wahadłowców NASA na początku lat 80. W znacznej mierze to zasługa sprawnego PR-u SpaceX, która jak żadna inna firma w branży potrafi trafić do młodego pokolenia.

Trudno też się nie ekscytować, obserwując gwałtowny rozwój firmy Muska. Dekadę temu powszechnie powątpiewano w możliwość skonstruowania rakiety kosmicznej wielokrotnego użytku. Seryjne eksplozje podczas pierwszych prób wydawały się to potwierdzać. Teraz są już jednak nie seryjne eksplozje, ale seryjne udane lądowania. Pomimo tego pewne niejasności pozostają.

Poniżej autoironiczny filmik "Jak nie lądować rakietą kosmiczną" przygotowany przez SpaceX. W żartobliwy sposób pokazuje drogę do sukcesu usłaną eksplozjami. Najlepsza kompilacji katastrof Falcon 9.

 

Mało imponujący start

Na początku nie było trudno wątpić w sukces Falcon 9. Pierwsza rakieta SpaceX, Falcon 1, na pięć lotów zawiodła trzy razy. Firma najwyraźniej wyciągnęła jednak wnioski z porażek. Falcon 1 szybko trafiła do lamusa i skoncentrowano się na większym następcy, tworzonym w znaczniej mierze za pieniądze NASA na potrzeby lotów do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Pierwszy start Falcon 9 miał miejsce w mniej niż rok po wycofaniu Falcon 1. Prawie dokładnie dekadę temu, 4 czerwca 2010 roku nowa rakieta wzniosła się z kosmodromu na przylądku Canaveral i zadziałała, jak powinna. Dostarczyła na orbitę makietę statku transportowego Dragon. Planowano spróbować odzyskać rakietę, która miała lądować pod spadochronem, ale było to pobożne życzenie. Spłonęła, wchodząc w atmosferę. Drugi lot, pod koniec 2010 roku, też zakładał próbę lądowania na spadochronie. Tym razem rakieta przetrwała wejście w atmosferę, ale rozpadła się niedługo później.

Kolejnych prób powrotu rakiety zaprzestano na ponad trzy lata. Skupiono się raczej na rozwoju jej samej. Pod nazwą Falcon 9 kryje się bowiem kilka wersji rakiety, przy czym ostatnia jest bardzo odmienna od tej pierwszej.

Pierwsze pięć startów to były eksperymenty przy pomocy wersji oznaczonej v1.0. W 2013 roku miał miejsce pierwszy start wersji v1.1, która była gruntownie zmieniona. Po pierwsze była o 60 procent większa, a po drugie miała inaczej zamontowane i zmodernizowane silniki. Do tego cały szereg mniejszych poprawek i zmian. W tej wersji zamontowano też po raz pierwszy cztery rozkładane nogi i stery kratownicowe, niezbędne do powrotu na Ziemię w nowym stylu. Bez spadochronu.

Wybuch, wybuch i wybuch

To właśnie wersja v1.1 na dobre rozpoczęła festiwal wybuchów. Przy jej pomocy zaczęto bowiem na dobre pracować nad technologią powrotu pierwszego stopnia (czyli tego uruchamianego jako pierwszy podczas startu, największego).

Pierwsza próba powrotu pierwszego stopnia miała miejsce we wrześniu 2013 roku. Stracono nad nim kontrolę kilka kilometrów nad powierzchnią oceanu. Zaczął gwałtownie się obracać, przez co wyłączyły się silniki. Całość wbiła się w wodę i eksplodowała. Podczas kolejnej próby, pół roku później, poszło znacznie lepiej. Silniki wyhamowały rakietę, która "wylądowała" na wodzie, po czym przewróciła się i eksplodowała. Trzy miesiące później spróbowano jeszcze raz z identycznym skutkiem. Po trzech kolejnych miesiącach skończyło się gorzej, ponieważ przedwcześnie wyczerpało się paliwo.

Po tej serii próbnych lądowań na wodzie postanowiono w 2015 roku rozpocząć testy lądowania na dużej barce. Skończyło się dwiema widowiskowymi katastrofami. Najpierw sterom zabrakło płynu hydraulicznego, a potem zepsuł się zawór w układzie paliwowym.

Wszystkie próby lądowania przeprowadzano po zwykłych lotach komercyjnych. Najpierw dostarczano na orbitę satelitę/statek klienta, potem eksperymentowano. Katastrofy nie były więc niczym specjalnie bolesnym, bo przed rozbiciem się rakiety zarabiały na siebie.

W międzyczasie odbywały się też znacznie mniej znane próby w centrum badawczym SpaceX w McGregor w Teksasie. Głównie jest to miejsce testów silników, ale w latach 2012-2014 latały tam też dwa eksperymentalne pojazdy nazywane Grasshopper (konik polny). Były to pierwsze stopnie Falcon 9 mające za zadanie wykonywać "skoki" w atmosferze i testować manewry oraz pionowe lądowania.

Tu też nie obyło się bez eksplozji. Podczas swojego piątego lotu drugi Grasshopper doznał awarii jednego z czujników i zaczął wykonywać widowiskowe salto na wysokości kilkuset metrów. Przed jego dokończeniem nastąpiła eksplozja.

Nareszcie sukces

Wielki przełom nastąpił pod koniec 2015 roku. 20. start rakiety Falcon 9 był z trzech powodów wyjątkowy.

Po pierwsze był to premierowy lot kolejnej wersji oznaczanej początkowo v1.2, ale potem przemianowanej na Full Thrust (Pełna Moc). Miała o 17 procent większą moc dzięki modyfikacjom silników oraz zbiorników paliwa. Do tego cały szereg drobnych poprawek i podwyższenie o 1,5 metra. Po drugie SpaceX udało się zdobyć pozwolenie amerykańskich władz na próbę lądowania na stałym lądzie, na przylądku Canaveral. Po trzecie, udało się. 

22 grudnia 2015 roku rakieta wysłała na orbitę drugi stopień z dziesiątką niewielkich satelitów, po czym zawróciła w kierunku miejsca startu. Niecałe dziesięć minut po rozpoczęciu lotu, w środku nocy, pierwszy stopień wykonał perfekcyjne lądowanie. Był to wielki sukces. Pierwszy taki w historii.

Ten wyjątkowo szczęśliwy pierwszy stopień robi teraz za pomnik. Został przewieziony do badań do centrali SpaceX w kalifornijskim Hawtorne, po czym ustawiony przed nią.

Grafika przedstawia schematycznie profil lotu i powrotu Falcon 9. Na przykładzie misji ze statkiem załogowym Crew Dragon

Brud jako znak sukcesu

Udane lądowanie nie było jednak końcem eksplozji. W 2016 roku miały miejsce trzy kolejne nieudane próby wylądowania na barce. Jednak co ważniejsze, pięć innych skończyło się sukcesem. Powroty na Ziemię zaczynały być rutyną. Technologia, w której opracowanie pięć lat wcześniej powszechnie wątpiono, stała się rzeczywistością.

Droga do niej była usłana szczątkami Falcon 9 i mnóstwem większych oraz mniejszych poprawek w konstrukcji rakiety oraz oprogramowania (dzisiaj lata już wersja Full Thrust Block 5, czyli piąta wersja Falcon 9, oficjalnie docelowa), ale udało się. W 2017 roku podjęto 14 prób lądowania i wszystkie zakończyły się sukcesem. Do dzisiaj było 38 kolejnych prób, z czego 33 udane.

Początkowo ze strony SpaceX padały deklaracje, że planowane jest też odzyskiwanie drugiego stopnia, ale szybko zdano sobie sprawę, że to niemożliwe. Wylatuje on w kosmos tak daleko i tak bardzo się rozpędza, że powrót wymagałby dużego zapasu paliwa i dużej odporności na temperatury podczas powrotu w atmosferę. Czyli za dużo dodatkowej masy, żeby to się opłacało.

Nie we wszystkich lotach podejmowane są próby powrotu. Zależy to od tego, gdzie rakieta ma dostarczyć swój ładunek i jak jest on ciężki. Jeśli rozpędzi się zbytnio i wyleci za daleko poza atmosferę, nie jest możliwe zabranie dosyć zapasowego paliwa na manewr powrotu. Wówczas rakieta jest odpalana w konfiguracji jednokrotnego użytku. Oznacza to na przykład brak nóg do lądowania.

Co ciekawe łatwo poznać te rakiety, które już były w kosmosie. Po powrocie są mocno osmalone. Początkowo je odmalowywano, ale później tego zaprzestano. Uznano to za zbędny koszt.

Czy to ma sens? Tak naprawdę nie wiadomo

Po tym ewidentnym sukcesie SpaceX, jakim było opanowanie technologii rakiet wielokrotnego użytku, nie brakowało komentarzy, że to nie miało sensu. Żeby wielokrotne używanie rakiet się opłacało, ich ponowne przygotowanie do lotu musi być stosunkowo tanie i szybkie. Dodatkowo muszą być niezawodne, pomimo wielokrotnego użycia. Inaczej byłoby bardziej ekonomiczne po prostu wyprodukować kolejny pierwszy stopień.

- Ekonomiczność rakiet wielokrotnego użytku nie jest oczywista. Przede wszystkim będzie to zależało od tego, jak często będą mogły latać. W tym momencie natomiast jest trudno przewidzieć, jak rynek się zmieni po pojawieniu się takich rakiet. Ich twórcy nadal nie przedstawili prawdziwych kosztów ich produkcji i ponownego przygotowywania do lotu - mówił w 2016 roku przedstawiciel TsNIIMash, głównego rosyjskiego centrum projektowania rakiet, mającego tradycje sięgające początków radzieckiego programu kosmicznego.

Ten problem leżał u podstawy ogólnego fiaska, jakim były wahadłowce NASA. Miały być tanią alternatywą dla klasycznych rakiet, bo jednorazowego użytku był tylko wielki, ale prosty w konstrukcji pomarańczowy zbiornik na paliwo. Jednak w praktyce okazały się być znacznie droższe. Koszt przygotowania do kolejnej misji i czas do tego konieczny czyniły całe przedsięwzięcie finansowym koszmarem. Na dodatek poziom skomplikowania całego systemu sprawił, że był stosunkowo mało niezawodnym, prowadząc do dwóch katastrof. W ogólnym rozrachunku NASA znacznie lepiej wyszłaby ekonomicznie, gdyby nie przestała używać jednorazowych rakiet.

W przypadku Falcon 9 problem jest taki, że nie sposób odpowiedzieć na pytanie o sens ekonomiczny. SpaceX pozostaje bowiem firmą prywatną, której finanse są tajemnicą. Wiadomo na ich temat tyle, ile Musk lub jego współpracownicy zechcą powiedzieć. Obecna cena za lot Falcon 9 ma wynosić 62 miliony dolarów dla nowego pierwszego stopnia. Klienci mogą wybrać używany w zamian za rabat. Cena ma wówczas spadać do około 50 milionów. Koszt ponownego przygotowania pierwszego stopnia do lotu ma wynosić około trzech milionów dolarów. Czas na to konieczny to w praktyce minimum dwa miesiące. Obecny rekordzista wśród Falcon 9 wykonał już pięć misji, ostatnią dopiero co - 4 czerwca.

Pewną miarą sukcesu rozwiązań SpaceX może być jednak to, że firma w kilkanaście lat stała się najważniejszym graczem na rynku wynoszenia satelitów komercyjnych. Poważna konkurencja nie rzuciła się jednak jak szalona na opracowywanie swoich rakiet wielokrotnego użytku. Wszystkie firmy na rynku starają się zredukować ceny, ale przez redukcję kosztów produkcji. Nie przez rezygnację z jednorazowości. Jedyny potencjalny wielorazowy konkurent to rakieta New Glenn firmy Blue Origin, należącej do szefa Amazona, Jeffa Bezosa. Teoretycznie powinna odbyć pierwszy lot komercyjny w przyszłym roku, ale jak do tej pory nie odbyła nawet jednego lotu testowego. Nie pokazano nawet prototypu.

Okupiona tak licznymi wybuchami technologia wielokrotnego użytku nie jest więc jeszcze pewnym sukcesem na długą metę.