IFT-14 Super Heavy-Starship: pierwszy test orbitalny z operacyjnym ładunkiem (Starlink Group 31-1)

Po trzynastu lotach testowych, podczas których SpaceX stopniowo rozszerzało zakres sprawdzanych możliwości swojego najbardziej ambitnego systemu opartego na gigantycznej rakiecie Super Heavy i nie mniej imponującym statku kosmicznym Starship, nadchodzi próba, która ma wyprowadzić program poza dotychczasową fazę lotów suborbitalnych. Na 28 września wyznaczono próbę IFT-14 - pierwszy lot Starshipa zaplanowany z wejściem na orbitę okołoziemską oraz jednocześnie pierwszy, podczas którego statek ma wynieść na orbitę rzeczywisty, operacyjny ładunek. W odróżnieniu od poprzednich misji nie chodzi więc już wyłącznie o sprawdzenie kolejnych elementów konstrukcji. Tym razem Starship ma wykonać pełny, choć nadal testowy, profil misji orbitalnej, a przy okazji rozpocząć wynoszenie nowej generacji satelitów Starlink.

Super Heavy i Starhip zmontowane przed lotem IFT-14. Credit: SpaceX

Start zaplanowano z nowego stanowiska Pad 2 w Starbase w Teksasie, z którego odbywały się już loty IFT-12 wraz z IFT-13. Okno startowe otworzy się o godz. 07:15 czasu lokalnego w Boca Chica w Teksasie (12:15 UTC / 14:15 CEST) i potrwać 75 minut. Aktualne informacje Federalnej Agencji Lotnictwa (FAA) Stanów Zjednoczonych dotyczące przestrzeni powietrznej wskazują natomiast dla misji okno podstawowe 12:15-14:14 UTC, co pozostawia dodatkowy margines operacyjny związany z zabezpieczeniem trajektorii. Do lotu przeznaczono Super Heavy Booster 21 oraz Starship Ship 41. Oba człony należą do trzeciej generacji konstrukcji, która zadebiutowała podczas IFT-12 w maju tego roku. Cały zestaw ma około 124,4 metra wysokości, a jego maksymalny ciąg przy starcie wynosi około 80,8 MN. W obecnej konfiguracji V3 deklarowany potencjał wynoszenia na niską orbitę okołoziemską sięga około 100 ton, choć oczywiście możliwości konkretnej misji zależą od jej profilu, trajektorii i wymagań dotyczących powrotu obu stopni.

Próba przejścia na wyższy poziom

IFT-14 będzie dopiero czternastym zintegrowanym lotem testowym Starshipa, trzecim i przedostatnim spośród zaplanowanych lotów w 2026 roku, ale pod względem profilu misji stanowi znacznie większy krok, niż wynikałoby to z samego numeru. Przez pierwszych trzynaście lotów SpaceX pozostawało przy trajektoriach suborbitalnych. Było to jak najbardziej celowe: umożliwiało wykonywanie coraz to nowych eksperymentów bez ryzyka wynikającego z konieczności pozostawiania drugiego stopnia na orbicie. W przypadku IFT-14 sytuacja zmienia się zasadniczo. Starship ma po raz pierwszy wykonać manewr wejścia na stabilną orbitę, przeprowadzić na niej serię zaplanowanych operacji, a następnie samodzielnie obniżyć orbitę i wejść w atmosferę.

SpaceX zakłada lot trwający niemal 10 godzin. Starship ma osiągnąć orbitę o wysokości około 275 km, wykonać około sześciu okrążeń Ziemi, a następnie przeprowadzić kontrolowany manewr deorbitacyjny z wykorzystaniem pojedynczego silnika Raptor, co było testowane w poprzednim locie. Końcowym celem będzie wodowanie w południowej części Pacyfiku, na zachód od Chile. To istotna zmiana również z punktu widzenia samej dynamiki lotu. Dotychczasowe Starshipy po zakończeniu pracy silników wchodziły na trajektorie balistyczne, których końcowym elementem był powrót w atmosferę po kilkudziesięciu minutach. Choć przekraczały Linię Kármána i osiągały przestrzeń kosmiczną - to do pełnej prędkości orbitalnej zawsze nieco im brakowało (zgodnie z założeniami). Natomiast IFT-14 wymaga nie tylko osiągnięcia odpowiedniej prędkości orbitalnej, ale również utrzymania statku na orbicie przez wiele godzin, właściwego wykonania operacji w przestrzeni kosmicznej i dopiero później rozpoczęcia kontrolowanego powrotu.

Najważniejszą nowością poza samym wejściem na orbitę będzie jednak ładunek. Misja otrzymała oznaczenie Starlink Group 31-1, a na pokładzie Shipa 41 znajdzie się 26 satelitów Starlink V3. Będzie to pierwszy przypadek, w którym Starship umieści na orbicie satelity przeznaczone do rzeczywistego włączenia do internetowej konstelacji, a nie jedynie ich symulatory lub egzemplarze przeznaczone do krótkotrwałych testów. Nie jest to zatem "ładunek testowy" w dotychczasowym znaczeniu - bo choć sam lot pozostaje misją testową, to satelity mają już zostać wykorzystane operacyjnie. Generacja V3 tych satelitów jest konstrukcyjnie znacznie większa od obecnie używanych. Każdy z nowych blisko dwutonowych satelitów ma wnosić około 1 Tb/sek. dodatkowej przepustowości sieci, co dla całej paczki oznacza teoretycznie około 26 Tb/sek. nowej pojemności. Po rozmieszczeniu satelity mają rozwinąć anteny i panele słoneczne, nawiązać łączność z infrastrukturą naziemną i innymi elementami konstelacji, a następnie za pomocą własnego napędu podnosić orbitę do docelowego poziomu operacyjnego.

Planowany schemat testu IFT-14. Po starcie - "gorąca separacja" Starshipa od Super Heavy, z planowanym miękkim wodowaniem boostera w Zatoce Meksykańskiej około 7 minut po starcie. Następnie pierwsze wejście Starshipa na orbitę, uwolnienie 26 satelitów Starlink V3 z paczki G31-1, dokonanie 6 okrążeń Ziemi, odpalenie deorbitacyjne z wykorzystaniem silnika Raptor, wejście w atmosferę z trajektorii orbitalnej i wodowanie w zachodnim Pacyfiku u wybrzeży Chile. Planowany czas lotu od startu do wodowania Starshipa to około 9 godzin 50 minut. Credit: SpaceX

Jest to również jeden z powodów, dla których właśnie Starship ma stać się docelowym środkiem wynoszenia wersji V3 systemu Starlink. Znacznie większe rozmiary nowych satelitów sprawiają, że ich transport w większych liczbach za pomocą rakiet Falcon 9 jest w dużym stopniu ograniczony. Starship oferuje natomiast przestrzeń ładunkową zaprojektowaną właśnie z myślą o wielokrotnie większych satelitach i ich masowym rozmieszczaniu. Na IFT-14 nie zostanie jeszcze wykorzystana pełna pojemność systemu. Planowane w tym teście 26 satelitów stanowi zaledwie część potencjalnego ładunku, jaki w przyszłości Starship może zabierać na orbitę. Sama liczba jest jednak wystarczająca, aby po raz pierwszy sprawdzić pełny proces: transport satelitów, ich wypuszczenie z ładowni, separację oraz rozpoczęcie samodzielnych operacji na orbicie.

Trzy z 26 Starlinków otrzymają dodatkowo zestaw kamer skierowanych na Starshipa. Podobnie jak w dwóch ostatnich lotach testowych, mają one obserwować jego osłonę termiczną podczas późniejszego wejścia w atmosferę. To już kolejne powtórzenie tej procedury i połączenie wynoszonego ładunku z eksperymentem technicznym: część satelitów będzie jednocześnie pełnić funkcję platform obserwacyjnych dla głównego celu misji.

Jeszcze bez prób przechwycenia

IFT-14 nie będzie jeszcze demonstracją pełnej, docelowej procedury odzyskiwania Starshipa i Super Heavy. Po separacji nieco ponad 2,5 minuty od startu, pierwszy stopień wykona manewr powrotny w kierunku Zatoki Meksykańskiej. Następnie przewidziano kontrolowane wodowanie na początku 8. minuty lotu. Booster 21 nie będzie zatem przechwytywany przez ramiona wieży Mechazilla, tak samo Ship 41 nie będzie wracał do Starbase, lecz zakończy lot wodowaniem na Pacyfiku. W przypadku obydwu stopni planuje się jak najbardziej miękkie wodowania bez "wybuchowego" finału, dla zdobycia jak największej porcji danych z przebiegu lotu.

Decyzja ta ma istotne znaczenie dla ograniczenia poziomu ryzyka. Pierwszym celem misji jest sprawdzenie czy Starship w wersji V3 potrafi przejść z fazy startowej do rzeczywistej orbity, wykonać operacje orbitalne, bezpiecznie zdeorbitować i przetrwać wejście w atmosferę z takiej trajektorii. To już emocjonujący zakres testów jak na jeden lot, a dodawanie do tego jeszcze próby precyzyjnego powrotu obu stopni do stanowiska startowego zwiększałoby liczbę jednocześnie testowanych elementów.

Super Heavy ma natomiast wykonać pełną sekwencję obejmującą start, separację, manewr powrotny ("boostback") i końcowy manewr lądowania nad Zatoką Meksykańską. Jest to szczególnie istotne po problemach zaobserwowanych podczas poprzedniego lotu. Przed IFT-14 SpaceX wprowadziło zmiany sprzętowe i programowe mające ograniczyć możliwość powtórzenia wcześniejszych awarii układu napędowego podczas powrotu boostera.

Przygotowania do IFT-14 trwały przez większą część lata. Booster 21 przeszedł próby kriogeniczne w lipcu, a następnie został skierowany do kampanii testów silnikowych. 28 sierpnia wszystkie 33 silniki Raptor zostały odpalone jednocześnie podczas pełnego testu statycznego. Był to jeden z ostatnich dużych testów układu napędowego przed rozpoczęciem przygotowań do lotu. Ship 41 przechodził własną kampanię testową. Po wcześniejszych próbach kriogenicznych wykonano m.in. odpalenie pojedynczego Raptora w profilu odpowiadającym przyszłemu manewrowi deorbitacyjnemu, a następnie pełny test sześciu silników. Tego rodzaju próby mają szczególne znaczenie w przypadku IFT-14, ponieważ po raz pierwszy jeden z Raptorów Starshipa będzie musiał ponownie rozpocząć pracę już podczas właściwego lotu orbitalnego, od czego zależy prawidłowe zejście z orbity w kontrolowanej trajektorii aż do wodowania. Z kolei dzisiejszego popołudnia już po zespoleniu rakiety i statku przeprowadzono test "mokrego tankowania" WDR, który także zakończył się pomyślnie.

  

Rollout - wytaczanie Super Heavy i Starshipa na stanowisko startowe Pad 2 w centrum Starbase w Boca Chica w Teksasie. Credit: SpaceX

Najważniejszy test po rozmieszczeniu satelitów

Sam moment osiągnięcia orbity będzie oczywiście jednym z najważniejszych punktów misji, ale z technicznego punktu widzenia test IFT-14 dopiero wtedy zacznie sprawdzać możliwości, których poprzednie loty nie mogły zweryfikować. Po separacji od Super Heavy 2,5 minuty po starcie, Starship będzie musiał samodzielnie utrzymywać orientację i parametry orbitalne przez wiele godzin. Następnie przyjdzie kolej na otwarcie mechanizmu ładowni i wypuszczenie 26 Starlinków. Dopiero po tej operacji rozpocznie się kolejna część misji - przygotowanie statku do kontrolowanego zejścia z orbity.

Plan zakłada dwa punkty kontrolne dotyczące stanu pojazdu: po wejściu na orbitę oraz po zakończeniu rozmieszczania ładunku. Jeżeli stan systemów nie będzie pozwalał na bezpieczne wykonanie pełnego profilu, SpaceX przewiduje możliwość skrócenia misji i wcześniejszego rozpoczęcia procedury powrotnej. Innymi słowy - sześć orbit jest idealnym scenariuszem i planem docelowym, ale nie musi oznaczać sztywnego zobowiązania do wykonania całego profilu niezależnie od sytuacji technicznej. Właśnie tutaj IFT-14 różni się od wcześniejszych lotów bardziej, niż sugerowałby sam fakt zwiększenia czasu trwania misji z około godziny do niemal dziesięciu. Starship ma po raz pierwszy działać przez wiele godzin jako pełnoprawny statek orbitalny, a nie tylko jako drugi stopień wykonujący długi lot suborbitalny z gwarantowanym powrotem do atmosfery w razie niepowodzenia odpalenia deorbitacyjnego.

Po zakończeniu około sześciu okrążeń rozpocznie się najbardziej wymagająca część całej misji - powrót Starshipa do atmosfery. Ship 41 otrzymał zmodyfikowaną osłonę termiczną będącą jednym z rezultatów doświadczeń z poprzednich lotów. W przypadku IFT-14 szczególne znaczenie będą miały dane uzyskane nie tylko z czujników samego statku, lecz również z trzech satelitów Starlink wyposażonych w kamery. Ich zadaniem będzie obserwacja powierzchni Starshipa podczas wejścia w atmosferę, co czyniono już w lotach IFT-12 i IFT-13.

Dzięki temu SpaceX będzie mogło zestawić obraz zewnętrznego stanu osłony z telemetrią statku oraz wynikami kontroli po wodowaniu. Jest to kolejny etap rozwijania systemu osłony termicznej (TPS), który pozostaje jednym z najważniejszych elementów całej koncepcji wielokrotnego wykorzystania Starshipa. Jeżeli statek ma w przyszłości regularnie wykonywać loty orbitalne, samo osiągnięcie orbity nie wystarczy. Równie istotne jest odzyskanie pojazdu w stanie umożliwiającym jego ponowne wykorzystanie bez konieczności kilkudniowych czy kilkutygodniowych inspekcji osłony i ewentualnych napraw konkretnych jej fragmentów na poszyciu statku. IFT-14 nie wykona jeszcze pełnej demonstracji takiego odzyskania, ale może dostarczyć danych z najbardziej wymagającej fazy, czyli powrotu z rzeczywistej orbity.

 

Super Heavy-Starship po zespoleniu w kompletny zestaw, w promieniach czwartkowego wschodu Słońca czekają już na czternasty lot testowy, choć tak naprawdę najważniejszy z dotychczasowych. Credit: SpaceX

Właśnie dlatego IFT-14 jest innym rodzajem testu, niż wcześniejsze loty Starshipa. IFT-12 przyniósł debiut wersji V3 i stanowiska Pad 2, IFT-13 rozszerzył zakres testów i po raz pierwszy pozwolił na sprawdzenie rzeczywistych satelitów V3 w locie suborbitalnym. IFT-14 ma natomiast połączyć kilka wcześniej testowanych elementów w jeden ciąg operacyjny: start, separację, wejście na orbitę, rozmieszczenie rzeczywistego ładunku, wielogodzinny lot orbitalny, ponowny zapłon Raptora, deorbitację i kontrolowane wejście w atmosferę.

Nie oznacza to jeszcze, że Starship stanie się po tej misji w pełni operacyjnym systemem transportowym. Nadal pozostaną do zademonstrowania m.in. regularne odzyskiwanie obu stopni, ich szybkie przygotowanie do kolejnego lotu oraz docelowe procedury związane z wielokrotnym wykorzystaniem pojazdu, zwłaszcza osłoną termiczną, która po powrocie Starshipa z orbity nie może wymuszać na technikach SpaceX dokonywania kilkudniowych (tygodniowych) inspekcji i napraw. IFT-14 ma jednak po raz pierwszy sprawdzić cały zasadniczy łańcuch wydarzeń charakterystyczny dla misji orbitalnej.

Równie istotne jest to, że po raz pierwszy rezultat lotu będzie miał wymierny efekt poza samym programem rozwojowym. Jeżeli 26 satelitów Starlink V3 zostanie prawidłowo rozmieszczonych i rozpocznie później podnoszenie orbit, IFT-14 będzie jednocześnie testem Starshipa i rzeczywistą misją rozbudowy konstelacji. Po trzynastu próbach, w których każdy kolejny egzemplarz Starshipa był przede wszystkim narzędziem do zdobywania danych o konstrukcji, IFT-14 po raz pierwszy stawia pojazd w sytuacji, w której ma on nie tylko wykonać test, lecz także dostarczyć użyteczny ładunek na orbitę. W przyszłym tygodniu może więc rozpocząć się kolejny etap rozwoju programu Starship - już nie tylko testowanie, jak daleko da się przesunąć granice badając jego możliwości wytrzymałościowe w nietypowych scenariuszach, ale sprawdzenie, czy cały system jest w stanie wykonywać rzeczywistą misję orbitalną.

  f    X    yt   Bądź na bieżąco z tekstami, zapowiedziami, alarmami zorzowymi i wiele więcej - dołącz do stałych czytelników bloga na Facebooku, obserwuj blog na X, subskrybuj materiały na kanale YouTube lub zapisz się do Newslettera.

Oprac. własne w oparciu o materiały SpaceX, ArsTechnica, SpaceflightNow, NextSpaceFlight, FAA.