SpaceX Starship: Raketti, jonka työntövoima on kaksinkertainen Saturnukseen V:een verrattuna

Kun SpaceX käytti Super Heavy -potkuriaan ensimmäisen kerran täydellä teholla, se tuotti yli kaksinkertaisen työntövoiman Saturnukseen V:n ensimmäiseen vaiheeseen verrattuna, rakettiin, joka kerran kuljetti Apollo-astronauteja kohti kuuta. Tämä yksittäinen vertailu kertoo paljon mittakaavasta, johon SpaceX päätti rakentaa Starshipin avulla - sen vastaukseen kysymykseen siitä, mikä lopulta korvaisi Falcon 9:n työtavaran.

Starship on koko kaksivaiheen pinon nimi: Super Heavy -potkuri alhaalla ja Starship-yläaste tai "alus" ylhäällä. Molemmat puolet on suunniteltu lentämään alas ja laskeutumaan itse, eikä heittää pois, ja hanke on SpaceXin täyden uudelleenkäyttökelpoisuuden ja sen perustajan pitkäaikaisen tavoitteen lähettää ihmisiä Marsiin. NASA valitsi sen erikseen yhdeksi kahdesta laskeutujasuunnittelusta, jotka on tarkoitettu astronauttien kuljettamiseen kuun pinnalle Artemis-ohjelman alla.

Tänne saapuminen on vaatinut kaksi vuosikymmentä, useita uudelleensuunnitteluja ja kohtuullisen paljon tulipalloja matkalla. Alla olevat osiot käsittelevät sitä, mitä laitteisto voi todella tehdä, kuinka testilennot ovat menneet ja miksi valtava metallitornista on tullut lähes yhtä kuuluisa kuin itse raketti.

Saturnuksen V -vertailun takana olevat luvut ovat tarkkoja. Super Heavy -potkurin Block 1 -versio tuotti 73,5 meganewtonin kokonaistyöntövoiman, hieman yli kaksinkertaisen Saturnuksen V:n ensimmäisen vaiheen, ja SpaceX on jo kartoittanut lisää myöhemmille laitteistoille: 80,8 MN Block 3 -potkurille ja jopa 98,1 MN, kun Block 4 -ajoneuvo lentää.

Tämän tyyppisen työntövoiman saavuttaminen edellyttää, että kymmenet moottorit toimivat synkronissa. Starshipin ensimmäisen kiertoradalle suuntautuvan lennon aikana kaikki 33 Raptor-moottoria potkurissa jatkoivat ampumista vaiheenerolle saakka, jolloin yläaste edisti itseään käyttämällä hot-staging-menetelmää sen sijaan, että odottaisi potkurin ensin sammumista. Jokaisen moottorin puhtaana pitäminen tämän siirtymän ajan niin uudella laitteistolla on yksi monikone-rakettien rakentamisen vaikeimpia temppuja.

Starshipin juuret ulottuvat pidemmälle kuin useimmat ihmiset olettavat. Marraskuussa 2005, vuosia ennen kuin SpaceX oli edes lentänyt ensimmäistä rakettia, Falcon 1, Elon Musk kuvaili jo rakettia, joka pystyy kuljettamaan 100 tonnia matalalle Maan kiertoradalle, alkukonsepti, joka tuolloin tunnettiin nimellä BFR.

Laitteiston kehittyminen kesti yli vuosikymmenen. Todellinen lentojen testaaminen alkoi vuonna 2018 Startailulla, pulskaksi testisäiliöksi, joka ei muistuttanut millään tavalla tämän päivän tyylikkään Starshipin kaltaisia. Se kului useilla staattisilla moottorin palamilla, ennen kuin suoritti kaksi lyhyttä matalapaikallisten hyppelyä vuonna 2019, ensimmäinen kerta, kun jokin Starship-ohjelman osa poistui maasta omalla voimallaan.

Starshipin ensimmäisen kiertoradasen luokan lentotest nousi ilmaan 20. huhtikuuta 2023 jälkeen aikaisempi yritys peruutettiin 17. huhtikuuta. Booster 7 ja Ship 24 lensivät tämän tehtävän yhdessä, ja vaikka se päättyi muutaman minuutin kuluttua, se oli ajoneuvon ensimmäinen todellinen matka maasta koko pinona.

Tämä ensimmäinen laukaisu oli muistettava myös sillä, mitä se teki maatasolla. Se heitti niin paljon hiekkaa ja maaperää, että roskat saavuttivat yhteisöjä 10,7 km, noin 6,6 mailia, laukaisulaitteesta, selvä osoitus siitä, kuinka paljon voimaa täysin polttoaineella täytetty Starship-pino ohjaa alaspäin matkalla ylöspäin.

Yli vuoden ajan tämän ensimmäisen lennon jälkeen palaavat potkurit tulivat alas propulsiivisiin läikkeisiin valtameressä laskeutumisen sijaan. Se muuttui 13. lokakuuta 2024, kun Ship 30 ja Booster 12 lensivät yhdessä: potkuri palasi laukaisualueille ja tuli ensimmäiseksi Super Heavy, joka napattiin ilmasta, kun taas alus laskeutui turvallisesti Intian valtamerelle.

Itse sieppauksella ei ole mitään tekemistä laskeutumisjalkojen kanssa. Se riippuu tarkoitusta varten rakennetusta laukaisutornista, joka on suunniteltu tavoittamaan ja napaten palaavan potkurin ilmassa, ja Muskin suunnitelma tälle laitteistolle asetti kunnianhimoisen tavoitteen alusta alkaen: kierros alle tunnin välein, jolloin tulevat Starshipit nappaa ja käynnistyvät uudelleen samalla tavalla. Jalkojen ohittaminen säästää painoa jokaiselle rakennetulle potkurille, mikä on tärkeää, kun koko suunnittelun piste on lentää samaa laitteistoa uudelleen ja uudelleen.

Starship ei laukaissut vuokratuista laitteista; se laukaissut kaupungista, jonka SpaceX käytännössä rakensi ympärilleen. Starbase, Texas, yrityksen etelä-Texasin pääkonttori, on sisällytetty omaksi kaupungiksi Cameron Countyssä, ensimmäinen uusi kunta siellä Los Indiosista lähtien vuonna 1995.

Tämä tyyppinen paikallinen kontrolli on tärkeä toimintaa varten, joka säännöllisesti sulkee julkisia rantoja ja teitä tämän kokoiselle laitteistolle lentämiseen, ja joka jatkaa laukaisualustalta, säiliöfarmeista ja tehtaiden rakennuksista laajentumisen yhden paikan ympärille.

Moottorit, jotka tekevät kaiken tämän mahdolliseksi, ovat Raptors, ja he käyttävät mallia, joka oli tuskin jättänyt piirustuspöydän mihinkään muualle maailmassa. Ennen Raptoria vain kaksi täyden virtauksen palamissuunnittelua oli koskaan päässyt testisille: kokoon skaalattu moottori, jonka neuvostoliitto rakensi 1960-luvulla RD-270-ohjelmassa, ja pää-ainoastaan laite, jonka NASA testasi 2000-luvun puolivälissä, tunnetaan nimellä Integrated Powerhead Demonstrator, joka ei koskaan toiminut täydellisenä lentomottorina.

Kun Musk keskusteli ensin Raptorin tekniset tiedot julkisesti, hän kuvaili kahta versiota: merenpinnan tasolla versio, joka on luokiteltu 3050 kN: n työntövoimalle, ja tyhjiöoptimoitu versio, joka saavuttaa 3285 kN, kun se toimii avaruudessa, missä pakokaasu voi laajentua vapaasti.

Moottorit ovat sittemmin osoittaneet pystyvänsä lentää useammin kuin kerran. Starshipin seitsemännen lentokokeessa Raptor, joka oli jo lentänyt, laukaistiin uudelleen Super Heavy Booster 14:lle, se edisti sitä nousuvalaistuksen polttamisen kautta ja se otettiin talteen toisen kerran, kun torni nappasi potkurin.

Uudelleenkäyttökelpoinen laitteisto on hyödyllinen vain, jos se jatkaa lentämistä, ja Starshipin tietue tähän mennessä on molempien tulosten seos. 27. toukokuuta 2026 ajoneuvo oli lentänyt yhteensä 12 kertaa, ja 7 täydellistä onnistumista ja 5 epäonnistumista, suhde, joka heijastaa ohjelmaa, joka on edelleen syvässä testiivaiheessa sen sijaan, että se olisi rutiininpalvelua.

Osa syistä siihen, että laskuri jatkaa nollausta, on se, että "Starship" ei ole kiinteä ajoneuvo. Block 1 oli jo eläkkeellä varhaisten lentojen jälkeen, Block 2 lentoi lentokoen 7 lentotestista 11 ennen kuin se myös oli eläkkeelle, ja Block 3 otti johdannon alkaen lentotestista 12, ja edelleen Block 4 on jo kehitteillä. Jokainen sukupolvi vaihtaa tarpeeksi laitteistoa, että insinöörit todella todistaisivat uudelleen ajoneuvon osia joka kerta, kun uusi lohko ilmestyy.

Starshipin tehtävä ei rajoitu maan kiertoradalle toimituksiin. Ajoneuvo on SpaceXin uudelleenkäyttökelpoisuuden pyrkimysten keskipisteessä ja Muskin pitkäaikaisen tavoitteen Marsin siirtokuntia, ja NASA valitsi sen erikseen yhdeksi kahdesta laskeutujasuunnittelusta miehitettyjä Artemis-kuumissioita varten. NASA myönsi SpaceXille sopimuksen kyseisen kuun version, nimeltään Starship HLS, suunnitteluun, rakentamiseen ja esittelyyn huhtikuussa 2021.

Tehtävä suunnitelma vaatii kahden tai useamman astronautin siirtymisen Orion-kapselin Starship-laskeutujaan, käyttävät noin seitsemän päivää kuun pinnalla ja suorittavat vähintään viisi EVA avaruusaluksen ulkopuolella ennen paluuta kiertoradalle.

SpaceX ei ole NASAn ainoa veto tähän. Viraston toinen Artemis-laskeutuja, Blue Originin Blue Moon, tulee erillisestä sopimuksesta 3,4 miljardin dollarin arvoinen, muistutus siitä, että jopa NASA suojaa itseään siltä, mikä uudelleenkäyttökelpoinen kuun laskeutuja todella ilmestyy aikataulussa.

• Musk toivoo, että "Mechazilla" napaa ja kokoa Starshipin ja Super Heavy -potkurit nopeaa uudelleenkäyttöä varten
• NASA valitsee Blue Originin toiseksi Artemis Lunar Lander Provideriksi - NASA