SpaceX Starship: Rakieta z dwukrotnym ciągiem Saturn V

Gdy SpaceX po raz pierwszy uruchomił swój wzmacniacz Super Heavy na pełną moc, produkował ponad dwukrotny ciąg pierwszego stopnia Saturn V, rakiety, która kiedyś wiozła astronautów Apollo na Księżyc. To pojedyncze porównanie wiele mówi o skali, w której SpaceX zdecydowała się budować Starshipa, jej odpowiedź na pytanie, co powinno ostatecznie zastąpić roboczego konia Falcon 9.

Starship to nazwa dla całego dwustopniowego stosu: wzmacniacz Super Heavy na dnie i górny stopień Starship, czyli „statek", na szczycie. Oba połowy są zaprojektowane do latania w dół i lądowania samodzielnie zamiast być wyrzucane, a projekt leży u serca starań SpaceX o pełne ponowne wykorzystanie i długoterminowego celu założyciela wysłania ludzi na Marsa. NASA wybrała go osobno jako jeden z dwóch projektów lądownika mającego przewieźć astronautów na powierzchnię Księżyca w ramach programu Artemis.

Dotarcie tutaj zajęło dwie dekady, kilka przeprojektowań i sporo ognia na drodze. Poniższe sekcje opisują, co hardware może faktycznie robić, jak potoczyły się loty próbne i dlaczego gigantyczna metalowa wieża stała się prawie tak słynna jak sama rakieta.

Liczby za porównaniem Saturn V są konkretne. Wersja Block 1 wzmacniającego Super Heavy produkowała 73,5 meganewtonów całkowitego ciągu, nieco ponad dwa razy więcej niż pierwszy stopień Saturn V, a SpaceX już zaplanował więcej na późniejszy sprzęt: 80,8 MN dla wzmacniającego Block 3 i aż 98,1 MN, gdy pojazd Block 4 będzie latał.

Aby osiągnąć ten rodzaj ciągu, dziesiątki silników muszą pracować synchronicznie. Podczas lotu orbitalnego Starship'a wszystkie 33 silniki Raptor na wzmacniaczu kontynuowały strzelanie aż do separacji stopni, kiedy to górny stopień napędzał się sam za pomocą metody zwanej hot-staging zamiast czekania, aż wzmacniacz najpierw się wyłączy. Utrzymanie każdego silnika w czystej pracy podczas tego przejścia na tak nowym sprzęcie jest jedną z trudniejszych sztuczek w konstruowaniu rakiet wielosilnikowych.

Korzenie Starship'a sięgają dalej niż większość ludzi zakłada. W listopadzie 2005 roku, lat zanim SpaceX w ogóle wystrzelił swoją pierwszą rakietę Falcon 1, Elon Musk już opisywał rakietę zdolną dostarczać 100 ton na niską orbitę Ziemi, wczesny koncept znany wówczas jako BFR.

Sprzęt zajął ponad dekadę, aby nadążyć za ideą. Rzeczywiste loty próbne rozpoczęły się w 2018 roku od Starhopper'a, przysadzistego zbiornika testowego, który w żaden sposób nie przypominał dzisiejszego eleganckie Starship'a. Przeszedł kilka statycznych palów silników, zanim w 2019 roku ukończył dwa krótkie skoki na niskiej wysokości, pierwszy raz, gdy jakakolwiek część programu Starship opuściła ziemię pod własną mocą.

Pierwszy lot próbny Starship'a klasy orbitalnej odbył się 20 kwietnia 2023 roku, po tym jak wcześniejsza próba została przerwana 17 kwietnia. Booster 7 i Ship 24 latały razem w tej misji, i choć skończyła się kilka minut później, była to pierwsza rzeczywista podróż pojazdu z ziemi jako kompletny stos.

Ten pierwszy start był również godny uwagi z powodu tego, co zrobił na poziomie gruntu. Wyrzucił tyle piasku i gleby, że gruzy dotarły do społeczności aż do 10,7 km, około 6,6 mil od wyrzutni, wyraźna demonstracja tego, ile siły całkowicie zatankowany stos Starship'a kieruje w dół w drodze w górę.

Przez ponad rok po tym pierwszym locie powracające wzmacniacze schodziły do wodnych rozpyleń oceanicznych zamiast lądowań. To zmieniło się 13 października 2024 roku, gdy Ship 30 i Booster 12 latały razem: wzmacniacz powrócił do wyrzutni i stał się pierwszym Super Heavy'em schwytanym z powietrza, podczas gdy statek bezpiecznie wylądował w Oceanie Indyjskim.

Samo schwytanie nie zależy wcale od nóg lądowania. Zależy od specjalnie zbudowanej wieży wyrzutni zaprojektowanej do osiągnięcia i schwytania powracającego wzmacniacza w powietrzu, a plan Muska dla tego sprzętu ustanowił ambitny cel od samego początku: obrót poniżej godziny między lotami, z przyszłymi Starship'ami przeznaczonymi do schwytania i ponownego wystrzelenia w ten sam sposób. Pomijanie nóg oszczędza wagę każdego wybudowanego wzmacniacza, co ma znaczenie, gdy cały punkt projektu to latanie tym samym sprzętem raz za razem.

Starship nie wylatuje z wynajętej wyrzutni; wylatuje z miasta, które SpaceX praktycznie zbudowała wokół siebie. Starbase, Texas, siedziba SpaceX w południowym Teksasie, została włączona jako własne miasto w Hrabstwie Cameron, pierwsza nowa gmina tam od Los Indios w 1995 roku.

Ten typ kontroli lokalnej jest ważny dla operacji, która okresowo zamyka publiczne plaże i drogi, aby wylatywać sprzęt tej wielkości, i która nadal rozbudowuje platformy wyrzutni, farmy zbiorników i budynki fabryczne wokół jednego miejsca.

Silniki, które to wszystko umożliwiają, to Raptory, i wykorzystują projekt, który ledwie opuścił deskę kreślarską gdziekolwiek indziej na świecie. Przed Raptorem tylko dwa projekty spalania z pełnym przepływem etapów kiedykolwiek dotarły do stanowiska testowego: silnik w pełnej skali, który Związek Radziecki zbudował w latach 60. w ramach programu RD-270, oraz urządzenie tylko głowicowe, które NASA testowała w połowie lat 2000. znane jako Integrated Powerhead Demonstrator, które nigdy nie działało jako kompletny silnik lotniczy.

Gdy Musk po raz pierwszy publicznie omówił specyfikacje Raptora, opisał dwie wersje: wariant na poziomie morza oceniony na 3050 kN ciągu i wersję zoptymalizowaną na próżnię osiągającą 3285 kN, gdy pracuje w przestrzeni kosmicznej, gdzie strumień spalin może się swobodniej rozszerzać.

Silniki od tamtej pory wykazały, że mogą latać więcej niż raz. Podczas siódmego lotu próbnego Starship'a Raptor, który już latał, ponownie wystrzelono na Super Heavy Booster 14, napędzał go przez spalanie wznoszenia i zostały odzyskane drugi raz, gdy wieża schwytała wzmacniacz.

Sprzęt wielokrotnego użytku jest przydatny tylko wtedy, gdy nadal latał, a dotychczasowy wynik Starship'a jest mieszaniną obu wyników. Od 27 maja 2026 pojazd miał łącznie 12 lotów, z 7 pełnymi sukcesami i 5 niepowodzeniami, stosunek odzwierciedlający program wciąż w głęboką fazę testowania zamiast rutynowej obsługi.

Część powodu, dla którego liczba wciąż się resetuje, jest to, że „Starship" nie jest pojazdem stałym. Block 1 już przeszedł na emeryturę po swoich wczesnych lotach, Block 2 latał od lotu próbnego 7 do lotu próbnego 11, zanim również przeszedł na emeryturę, a Block 3 przejął od lotu próbnego 12, z dalszym Block 4 już w opracowaniu. Każde pokolenie wymienia wystarczająco sprzętu, że inżynierowie faktycznie ponownie testują części pojazdu za każdym razem, gdy pojawia się nowy blok.

Praca Starship'a nie ogranicza się do dostaw na orbitę. Pojazd leży u serca aspiracji SpaceX do ponownego użytku wyrzutni i długoterminowego celu Muska kolonizacji Marsa, a NASA wybrała go osobno jako jeden z dwóch projektów lądownika do załogowych misji księżycowych Artemis. NASA przyznała SpaceX umowę na zaprojektowanie, zbudowanie i demonstrację tej wersji księżycowej, zwanej Starship HLS, w kwietniu 2021 roku.

Plan misji wymaga, aby dwaj lub więcej astronautów przeniósł się z kapsuły Orion do lądownika Starship, spędził około siedem dni na powierzchni Księżyca i ukończył co najmniej pięć spacerów kosmicznych poza statkiem kosmicznym, zanim powrócą na orbitę.

SpaceX nie jest jedynym zakładem NASA na to. Inny lądownik Artemis agencji, Blue Moon od Blue Origin, pochodzi z oddzielnej umowy o wartości 3,4 miliarda dolarów, przypomnienie, że nawet NASA hedguje się, który ponownie użyteczny księżycowy lądownik faktycznie się pojawi zgodnie z harmonogramem.

• Musk ma nadzieję, że „Mechazilla" będzie łapać i montować Starship'a i wzmacniacze Super Heavy do szybkiego ponownego użytku
• NASA wyznacza Blue Origin jako drugiego dostawcę księżycowego lądownika Artemis - NASA