Booster Super Heavy jest zbyt ciężki, by lądować jak pierwszy stopień Falcona 9
Jednym z celów SpaceX jest drastyczne obniżenie kosztów wyniesienia kilograma ładunku na orbitę. Drogą do tego celu stało się podnoszenie ładowności oraz wielokrotne używanie tych samych elementów rakiety. W przypadku konia roboczego SpaceX, rakiety Falcon 9, odzyskiwany jest pierwszy stopień, który wyposażony został w rozkładane nogi i w zależności od profilu lotu po oddzieleniu się drugiego stopnia wraca na lądowisko w pobliżu platformy startowej lub ląduje na zautomatyzowanej morskiej platformie ASDS – SpaceX ma trzy do dyspozycji, o wdzięcznych nazwach Just Read the Instructions (II), A Shortfall of Gravitas oraz Of Course I Still Love You. Drugi stopień natomiast wchodzi z ładunkiem na orbitę, a później spala się w atmosferze podczas deorbitacji.
Podczas wynoszenia ciężkich ładunków SpaceX korzysta z Falcona Heavy, złożonego z dwóch zmodyfikowanych pierwszych stopni Falcona 9, pracujących jako boostery, oraz core stage, analogicznego do Falcona 9. W tym wypadku odzyskiwane są tylko boostery, rdzeń rakiety i górny stopnień są tracone podczas startu.
Starship ma jednak zupełnie inne założenia – tu odzyskiwany ma być zarówno górny stopień, czyli właściwy statek Starship, jak i booster Super Heavy. Hamowanie atmosferyczne Starshipa i następnie lądowanie z napędem zostało przetestowane już podczas czwartego testu. Pozostała zatem kwestia odzyskania Super Heavy, którego masywna konstrukcja wymagałaby zbudowania znacznie bardziej wytrzymałego mechanizmu nóg, kosztem dostępnego miejsca i masy użytecznej. Receptą okazało się… całkowite usunięcie z boostera mechanizmu lądowania.
Mechazilla – jak wylądować czymś, co nie jest przystosowane do lądowania
Rozwiązanie okazało się tyleż proste, co wymagające w praktycznej realizacji: skoro nie można umieścić mechanizmu lądowania w boosterze, trzeba go było przenieść na wieżę startową. SpaceX w tym celu zbudowało składane na boki kratownicowe ramiona, które mogą się dodatkowo poruszać góra-dół. Super Heavy w górnej części posiada cztery stabilizatory, służące kontrolowaniu lotu w atmosferze, a zaraz pod nimi cztery wytrzymałe haki –, podczas lądowania booster ma zawisnąć na nich w złożonych ramionach wieży startowej.
Pomysł wygląda na prosty, ale tylko pozornie. Uchwyty muszą być dostatecznie wytrzymałe, by utrzymać pierwszy stopień z resztkami paliwa i utleniacza w zbiornikach, silniki i układ kontroli lotu musi zapewniać odpowiednią precyzję manewrów silnikami o parę metrów od wieży startowej. Wreszcie ramiona muszą być zdolne do szybkiego i precyzyjnego złożenia się i zamortyzowania masy Super Heavy.
SpaceX nazwało system lądowania Mechazillą (pomysł na nazwę wypłynął bodaj Elona) i po serii testów „na zimno” uznało, że zadebiutuje podczas piątego lot testowego Starshipa. Poza próbą odzyskania boostera test miał służyć sprawdzeniu modyfikacji w konstrukcji drugiego stopnia – zmodyfikowana została między innymi osłona termiczna i konstrukcja stabilizatorów, które otrzymały inny nieco kształt, niż we wcześniejszych testach.
Start i przebieg lotu
Starship – Super Heavy uruchomił 33 silniki pierwszego stopnia dokładnie w założonym czasie, zaraz po opuszczeniu wyrzutni rozpoczynając manewry związane z wejściem na właściwy kurs. W T+62 s rakieta przeszła przez moment największego obciążenia dynamicznego max q. W T+2:35 min booster wygasił większość silników (MECO – most engine cutoff), przygotowując się do manewru rozdzielenia. 5 sekund później Starship uruchomił swój napęd, odłączył się od pierwszego stopnia (hot-staging) i kontynuował lot.
Booster natomiast po kolejnych 5 sekundach od rozdzielenia rozpoczął manewry niezbędne do powrotu do miejsca startu, uruchamiając swoje silniki na 56 sekund. 3 sekundy po ich wyłączeniu odrzucony został ażurowy łącznik pozostały po oddzieleniu się Starshipa od Super Heavy. Booster kontynuował lot w kierunku wyrzutni. Hamowanie silnikami zaczęło się w T+6:30 min i miało dość gwałtowny przebieg, zakończony nieprawdopodobnie łagodnym wsunięciem się na słupie ognia pomiędzy zamykający się mechanizm Mechazilli. Silniki wyłączone zostały w T+6:54 i Super Heavy osiadł na ramionach wyrzutni, dymiąc z dysz jeszcze przez dłuższy czas.
Starship tymczasem kontynuował lot, wyłączając silniki w T+8:27 min. Jego lot przebiegał rutynowo, tym razem nie było też żadnych przerw w transmisji obrazu i mogliśmy obserwować wszystko, co działo się poniżej statku. Hamowanie atmosferyczne rozpoczęło się w 48 minucie lotu, pod Starshipem uformowała się świecąca poduszka plazmy, która w końcowym etapie hamowania zaczęła przepalać osłonę termiczną stabilizatorów, podobnie jak podczas czwartego lotu testowego.
Tym razem jednak uszkodzenia były mniejsze, znacznie lepiej warunki zniosła też kamera. Transmisja obrazu prowadzona była do ostatniej chwili. W T+1:05:15 Starship obrócił się rufą do oceanu i 5 sekund później uruchomił silniki, by wyhamować prędkość. W T+1:05:40 statek zakończył lot, osiadając na powierzchni wody. Kilkanaście sekund później boja SpaceX, która nagrała przebieg wodowania, zarejestrowała jednak RUD, czyli krótko mówiąc, eksplozję pojazdu z niewyjaśnionych przyczyn.
Zobacz także: Czwarty lot testowy Starshipa – ZROBILI TO! (chip.pl)
Podsumowanie lotu
SpaceX w piątym teście wykonało wszystkie założone cele misji. Manewr przechwycenia boostera przez zrobotyzowane ramiona Mechazilli okazał się nie tylko wykonalny, ale też przebiegł bez najmniejszych zakłóceń, a Super Heavy po kilku godzinach został ponownie postawiony na wyrzutni. Starship wykonał przelot zgodnie z planem, a hamowanie atmosferyczne zniósł znacznie lepiej od poprzednika. SpaceX nie wydało jeszcze żadnego oświadczenia dotyczącego eksplozji po wodowaniu, lecz to jedyny zgrzyt w skądinąd doskonałym przebiegu testu. Udało się udowodnić, że koncepcja rakiety całkowicie odzyskiwalnej jest realna i to nie w bliżej nieokreślonej przyszłości, tylko najbliższym czasie.