Falcon Heavy

Falcon-Heavy. Debiut superciezkiej rakiety

Falcon-Heavy. Debiut super­ciez­kiej rakiety

6 lutego 2018 r. o godzi­nie 20:45:00 UTC (15:45:00 lokal­nego) z wyrzutni kom­pleksu star­to­wego LC-39A Centrum Kosmicznego im. Kennedy’ego (pół­wy­sep Merritt Island, stan Floryda, Stany Zjednoczone) wystar­to­wała rakieta nośna Falcon Heavy firmy Space Exploration Technologies Corporation (SpaceX).

Pierwszy start tej naj­po­tęż­niej­szej współ­cze­snej rakiety, o udźwigu ponad dwu­krot­nie prze­kra­cza­ją­cym osiągi rakiety Delta-4H, choć opóź­nił się w sto­sunku do pier­wot­nych zapo­wie­dzi o bli­sko pięć lat, zakoń­czył się spek­ta­ku­lar­nym suk­ce­sem nie tylko tech­nicz­nym, ale także medial­nym. Stało się tak głów­nie za sprawą nie­co­dzien­nego ładunku, któ­rym był co prawda uży­wany, ale przez samego Elona Muska, kabrio­let marki Tesla Roadster.

Krótka histo­ria Falconów

Firma SpaceX z kapi­ta­łem począt­ko­wym w wyso­ko­ści 150 mln USD została zało­żona w czerwcu 2002 r. przez emi­granta z RPA Elona Muska, współ­za­ło­ży­ciela firm infor­ma­tycz­nych i pro­jek­tanta sys­te­mów ban­ko­wych. Według jego wła­snych słów celem przed­się­wzię­cia było stwo­rze­nie „cywi­li­za­cji kosmicz­nej”, poprzez pota­nie­nie dostępu do rakiet nośnych drogą ich seryj­nej pro­duk­cji, zasto­so­wa­niem nowo­cze­snych, lecz tanich roz­wią­zań elek­tro­nicz­nych, a także zwięk­sze­niem nie­za­wod­no­ści rakiet drogą ich stan­da­ry­za­cji i czę­ścio­wego ponow­nego wyko­rzy­sta­nia. W póź­niej­szym cza­sie, pomimo pierw­szych nie­po­wo­dzeń (trzy pierw­sze Falcony-1, star­tu­jące w latach 2006-08 nie zdo­łały osią­gnąć orbity) z ostat­niej frazy Musk wykre­ślił słowo „czę­ścio­wego”. Taka idea – powrót całej rakiety nośnej poja­wiała się dotąd jedy­nie w lite­ra­tu­rze science-fic­tion, bądź w marze­niach pro­jek­tan­tów. Znakomita więk­szość komen­ta­to­rów zakła­dała, że jego firma powieli losy innych i po kilku latach „krę­ce­nia się w kółko” upad­nie. Jednak Musk nie poszedł tą drogą.
Zaproponował – i co ważne zbu­do­wał – gamę rakiet, mają­cych wspólne nie tylko sil­niki Merlin, lecz rów­nież w pew­nym zakre­sie poszcze­gólne stop­nie. Znacznie upro­ściło to prace pro­jek­towe, a przede wszyst­kim pozwo­liło stop­niowo nabyć nie­zbędne doświad­cze­nie. Doświadczenie to, jak już wspo­mnia­łem, mogło być począt­kowo depry­mu­jące, jed­nak firma na szczę­ście posia­dała nie tylko wizję, ale rów­nież wystar­cza­jące na kilka nie­po­wo­dzeń star­tów zaple­cze finan­sowe. Na szczę­ście dwa kolejne loty Falcona-1 były udane, co pozwo­liło przed­się­bior­stwu zacho­wać sta­bil­ność i okrzep­nąć. Musk pla­no­wał po tej małej rakie­cie zbu­do­wać więk­szą, seryjną i z odzy­ski­wal­nym pierw­szym stop­niem, nazwaną Falcon-9 – od ilo­ści sil­ni­ków w pierw­szym stop­niu. Wersją przej­ściową do niej miała być rakieta Falcon-5, wypo­sa­żona oczy­wi­ście w pięć Merlinów. Jednakże ana­liza rynku wyka­zała, że zapo­trze­bo­wa­nie na nią będzie nie­wiel­kie i ewen­tu­alne zyski nie pokryją nawet kosz­tów prac pro­jek­to­wych, a co dopiero kon­struk­tor­skich, toteż z tej kon­cep­cji szybko zre­zy­gno­wano.
Falcon-9, który zade­biu­to­wał w 2010 r., jest, pomimo wyko­na­nia ponad 50 star­tów nadal kon­struk­cją roz­wo­jową – latał dotych­czas w czte­rech wer­sjach, nazy­wa­nych 1.0, 1.1, 1.2 (lub Full Thrust) oraz Block 4, a w naj­bliż­szym cza­sie do eks­plo­ata­cji wej­dzie wer­sja Block 5, która będzie osta­tecz­nym warian­tem rakiety. Ma ona – a ści­ślej mówiąc jej pierw­szy sto­pień – być zdolna do bar­dzo szyb­kiego ponow­nego uży­cia, w cza­sie rzędu 24 godzin i wyko­na­nia co naj­mniej dzie­się­ciu lotów. Obecnie sto­so­wane wer­sje wyma­gają kil­ku­mie­sięcz­nego prze­glądu i remontu i mogą być bez­piecz­nie sto­so­wane jedy­nie dwu­krot­nie. Jednak nawet wer­sja piąta Falcona-9 nie mogła zado­wo­lić Muska. Rakiecie nadal wiele bra­ko­wało do udźwigu Atlasa-5 czy Delty-4H, by móc wal­czyć o lukra­tywne kon­trakty na wyno­sze­nie cięż­kich sate­li­tów zwia­dow­czych dla potrzeb Narodowego Biura Rozpoznania (National Reconnaissance Office, NRO), czy też sond mię­dzy­pla­ne­tar­nych dla NASA. W odpo­wie­dzi na to zapo­trze­bo­wa­nie zapro­jek­to­wano super­ra­kietę, nazwaną Falcon Heavy.

Koncepcje super­ra­kiety i infra­struk­tura

Pierwsze donie­sie­nia o moż­li­wo­ści zbu­do­wa­nia super­ra­kiety wyłącz­nie z udzia­łem kapi­tału pry­wat­nego poja­wiły się w 2004 r. Zgrubna ana­liza kosz­tów poka­zy­wała, że budżet pro­jektu prze­kro­czy pół miliarda dola­rów. Musk wyka­zy­wał się wiel­kim opty­mi­zmem, gdy w 2008 r. oce­niał, że do pierw­szego startu Falcona Heavy o nośno­ści oce­nia­nej wów­czas na 53 t na LEO, mogłoby dojść już w ciągu dwóch lat. Tymczasem tyle czasu zajęło dopro­wa­dze­nie do pierw­szego startu Falcona-9, któ­rego ele­menty skła­dowe miały stać się pod­stawą dla cięż­kiej wer­sji rakiety. Niezmieniony poziom opty­mi­zmu prze­ja­wiał także pod­czas kon­fe­ren­cji pra­so­wej w Waszyngtonie w kwiet­niu 2011 r., poda­jąc jako ter­min startu rok 2013.
Tymczasem doświad­cze­nia z lotów Falconów-9, a zwłasz­cza odzy­ski­wa­nia ich pierw­szych stopni z zasto­so­wa­niem róż­nych warian­tów hamo­wa­nia (jedno bądź dwu­im­pul­sowy, z uży­ciem jed­nego bądź trzech sil­ni­ków itp.) kil­ka­krot­nie powo­do­wały zmiany przy­ję­tych roz­wią­zań, co cią­gle opóź­niało prze­wi­dy­wany ter­min pierw­szego startu. Początkowo SpaceX pla­no­wał zasto­so­wa­nie wspól­nej dys­try­bu­cji mate­ria­łów pęd­nych w stop­niu cen­tral­nym i stop­niach bocz­nych (cross­feed), co zna­ko­mi­cie popra­wi­łoby cha­rak­te­ry­stykę rakiety. Jednak prze­tła­cza­nie tak wiel­kich ilo­ści paliwa i utle­nia­cza, liczone w tonach na sekundę, w krót­kim cza­sie rzędu mak­sy­mal­nie dwóch minut, oka­zało się pro­ble­mem nie do roz­wią­za­nia. Mimo to kon­cep­cja ta została zarzu­cona dopiero w 2016 r. na korzyść innej, w któ­rej ciąg sil­ni­ków stop­nia cen­tral­nego zostaje zna­cząco zre­du­ko­wany krótko po star­cie i przy­wró­cony do nomi­nal­nego poziomu dopiero po oddzie­le­niu stopni bocz­nych. Metoda ta co prawda nie daje aż takiego zysku ener­ge­tycz­nego jak cross­feed, jed­nak ze względu na swą pro­stotę oka­zała się znacz­nie wygod­niej­sza i przede wszyst­kim łatwa w zasto­so­wa­niu.
Na tejże kwiet­nio­wej waszyng­toń­skiej kon­fe­ren­cji pra­so­wej Musk zapo­wie­dział roz­po­czę­cie prze­bu­dowy kom­pleksu star­to­wego SLC-4E na kali­for­nij­skim kosmo­dro­mie Vandenberg dla potrzeb pierw­szego startu rakiety Falcon Heavy, począw­szy od połowy lipca. Oczywiście z powodu swego usy­tu­owa­nia i moż­li­wych azy­mu­tów startu Vandenberg nadaje się nie­mal wyłącz­nie do wyno­sze­nia sate­li­tów na orbity oko­ło­po­larne, czyli był to jedy­nie ewi­dentny gest zachę­ca­jący NRO i USAF do roz­wa­że­nia zastą­pie­nia „Ciężkim Falconem” uży­wa­nej dotąd „Ciężkiej Delty”. Do wyno­sze­nia prze­wa­ża­ją­cej liczby ładun­ków uży­tecz­nych na orbity przej­ściowe do geo­sta­cjo­nar­nej (GTO) nale­żało użyć flo­rydz­kiego kosmo­dromu (pierw­szy start z Vandenberg gdzieś w 2016 r. został porzu­cony na rzecz Cape Canaveral), bądź wybu­do­wać nowy. SpaceX poszedł jed­no­cze­śnie w obu kie­run­kach.
Po pierw­sze w kwiet­niu 2014 r. SpaceX pod­pi­sał z NASA umowę leasingu kom­pleksu LC-39A na okres 20 lat. Historyczna wyrzut­nia, głów­nie wieże obsłu­gowe rakiet Saturn pro­gramu Apollo i Space Shuttle zostały zna­cząco prze­bu­do­wane bądź zli­kwi­do­wane, by móc obsłu­żyć zarówno rakiety Falcon-9, jak i Falcon Heavy. Rok póź­niej opo­dal zbu­do­wano han­gar mon­ta­żowy HIF (Horizontal Integration Facility), co ozna­czało odej­ście od tra­dy­cyj­nego dla NASA i USAF pio­no­wego mon­tażu rakiet na rzecz pozio­mego. Tym samym zaszła potrzeba wypo­sa­że­nia kom­pleksu w spe­cjalne urzą­dze­nie, speł­nia­jące jed­no­cze­śnie rolę trans­por­tera, pod­no­śnika i urzą­dze­nia star­to­wego (Transporter/Erector/Launcher, TEL). Po dru­gie, w sierp­niu tego samego roku, firma oznaj­miła, że po roz­pa­trze­niu sied­miu loka­li­za­cji zde­cy­do­wała się wybu­do­wać swój wła­sny kosmo­drom 40 km na wschód od mia­sta Brownsville w Teksasie, na wybrzeżu Zatoki Meksykańskiej, tuż przy gra­nicy z Meksykiem, w loka­li­za­cji o nazwie Boca Chica. Obecnie powstaje tam odpo­wied­nia infra­struk­tura, ana­lo­giczna do tej w Vandenberg i na Kennedy Space Center. Termin odda­nia obiektu do użytku to praw­do­po­dob­nie koniec przy­szłego roku, o ile prace się nie opóź­nią ze względu na koniecz­ność palo­wa­nia dość grzą­skiego terenu.

  • Waldemar Zwierzchlejski

To jest skrócona wersja artykułu.

CZYTAJ E-WYDANIE KUP WYDANIE PAPIEROWE