2021. június 18., péntek

Szárazföldön landolna a Falcon–9

Újrahasznosítható űrhajók létrehozásával versengenek a milliárdosok egymással – Sikeres függőleges leszállás esetén szombaton történelmet írhat a SpaceX

A kaliforniai székhelyű Space Expoloration Technologies (SpaceX) vállalat rövid idő alatt nagy utat tett meg az űrszektorban. A céget 2002-ben alapította a PayPal fizetési rendszer sikerén meggazdagodott amerikai milliárdos, Elon Musk.

A cég saját fejlesztésű Falcon–9 közepes erejű rakétájával és a szintén saját fejlesztésű Dragon űrkapszulájával 2011 óta látja el friss rakománnyal a Nemzetközi Űrállomást (ISS-t), különféle műholdakat állít orbitális pályára, nemrég pedig az amerikai hadsereggel is szerződést kötött, valamint a NASA-tól megkapta a megbízást, amely szerint 2017 végétől kezdve legalább két alkalommal űrhajósokat is szállíthat majd az ISS-re.

Musk egyik álma a hordozórakéták újrahasznosítása, amellyel forradalmasíthatná az iparágat, drasztikusan csökkentve a költségeket. Mint tudjuk, a kilőtt rakéta leválasztja elhasznált hajtóműveit és üres hajtóanyagtartályait, hogy ne hátráltassa a felsőbb fokozatokat, beleértve a rakományt, a kívánt pálya elérésében. A leválasztott részek egyszerűen visszahullnak és megsemmisülnek, vagyis minden expedícióhoz egy új rakétára van szükség. A SpaceX elve szerint visszanyernék, felújítanák, és újra használnák a függőlegesen leszálló rakéták főelemeit. Ennek érdekében első fokozatokat tesztelnek, hogy hajtóműveiket újraindítva megpróbálják lelassítani zuhanásukat a légkörben, terelőlapokkal látva el az irányíthatóság érdekében, és lábakkal a stabil leszálláshoz. A SpaceX versenytársai a rakétaindítások piacán – mind az Egyesült Államokban, mind a nemzetközi színtéren – meglehetősen szkeptikusak voltak a megközelítéssel kapcsolatban, és nem gondolták, hogy egy-két évtizedes időtávon megérné ezzel foglalkozni.

AKINEK SIKERÜLT

A Blue Origin cég – melyet Jeff Bezos, az Amazon.com létrehozója alapított – novemberben megelőzte Musk cégét, szuborbitális űrbe juttatott ugyanis egy rakétát, ezt követően pedig sikeres landolást hajtott végre egy észak-texasi leszállópályán. A New Shephard nevű űrjármű a felbocsátás után 100 kilométeres magasságba emelkedett, elengedett egy űrkapszulát, majd pedig visszaszállt a földre.

A Blue Origin leszállás közben
A Blue Origin leszállás közben

A landolás tökéletesen sikerült, a BE–3 típusú rakéta úgy állt meg a talajon, mintha el sem hagyta volna azt. Csupán egy kis korom – és a kapszula hiánya – árulkodott arról, hogy vége a tesztnek. A New Shephard nevű űrjármű másfél kilométeres magasságban gyújtotta újra a rakétáit. Leereszkedés közben kiegyensúlyozta a rakéta testét, és végül 7 kilométer/órás sebességgel szállt le kinyújtott póklábaira.

Bezos szerint a legénység nélküli tesztjük hatalmas előrelépést jelent a rakéták újrafelhasználásának világában, és megnyithatja az utat az emberek által történő űrkutatás előtt azzal, hogy jelentősen csökkenne az űrutazás költsége.
– Ez a Szent Grál, az újrahasznosítás! – hangsúlyozta Bezos.

Eric Stallmer, a Kereskedelmi Űrrepülés Szövetségének (CSF) elnöke a Blue Origin próbarepülésével kapcsolatban a Space.com-nak nyilatkozva kifejtette, hogy ez egy nagyon jó jel az iparágnak, és lehet, hogy ebben az iparban dolgozókat arra sarkallja majd, hogy még nagyobb erőbedobással végezzék a munkájukat.

Úgy vélem, nagyszerű, hogy létezik egy egészséges verseny a vállalkozók között, főleg azért, mert úgy érzem, a végén a fogyasztó lesz az, aki nyer – nyilatkozta.
Bezosnak és a Blue Originsnek Elon Musk is gratulált, viszont azt is megjegyezte, hogy ez csak szuborbitális repülés volt, és nem igazán írtak történelmet, mivel az első újrahasználható szuborbitális rakéta az amerikai légierő és a NASA által 1950-es években közösen épített X–15 volt, kereskedelmi részről pedig Burt Rutannek jár az elismerés, az általa tervezett SpaceShipOne 2004-ben ugyanis két hét alatt kétszer is elérte a világűr küszöbét.

A mostani leszállással az egyébként a sajtóban jóval kevesebbet szereplő Blue Origin megelőzte a több sikertelen leszállási kísérleten túl lévő SpaceX-et. Elon Musk cégének mentségére csak az szolgál, hogy a SpaceX Falcon–9 típusú rakétája nem egy száz kilométer magas, szuborbitális pályára állítja a rakományát, hanem valódi orbitális pályára. Emiatt az újrahasznosíthatónak tervezett első fokozata jóval nagyobb sebességnél válik le, így a kiegyensúlyozása és leszállítása is nagyobb feladat. A New Shepard a hangsebesség 3,7-szeresére gyorsult fel, a SpaceX rakétája a hangsebesség tízszeresével megy a leváláskor.
Musk a Twitteren keresztül hangsúlyozta, hogy sokkal nehezebb dolog eljutni orbitális pályára, mint szuborbitálisra, sokkal több energiára van hozzá szükség. Bezos azonban ellentmondott Musk kijelentésének, mondván, amit a Blue Originnek sikerült elérnie, nem sokban különbözik attól, amit a SpaceX próbál elérni az orbitális repülések során.
– A SpaceX a gyorsítórakétát akarja újrafelhasználni, amely szuborbitális pályán mozog, de a rakéta az űrben lassít, ami az atmoszférába való belépést teszi biztonságosabbá – mondta Bezos. – Tehát a Blue Origin gyorsítórakéta landolása nehezebb körülmények között történt. Végezetül, a legnagyobb kihívás a függőleges leszálláskor és az újrafelhasználáskor valószínűleg az utolsó landolási rész, amely ugyanolyan mindkét rakéta esetében.

A Blue Origin célja, hogy űrturistákat szállítson a világűr 100 kilométeres magasságban húzódó határára. Ebben hasonlít a cég a Richard Branson által indított Virgin Galactichoz. A Blue Originnek a jelek szerint minden esélye megvan arra, hogy ők szállítsanak először rendszeresen turistákat az űrbe.

NEGYEDIK KÍSÉRLET

A SpaceX korábban is megpróbált már elhasznált, az elsődleges feladatát elvégzett rakétafokozatot visszanyerni. Kezdetben ejtőernyős fékezésben gondolkodtak, aztán rakétahajtású, irányított visszatéréssel kezdtek el kísérletezni. A Grasshopper nevű eszközzel egy Falcon–9 rakéta első fokozatát szimulálva, számos sikeres „ugrást” hajtottak végre, egyre nagyobb magasságokig feljutva.

Falcon-9 landolás közben
Áprilisban majdnem sikeresen landolt a Falcon–9, jól láthatóak a szétnyíló lábak

A Falcon–9-es első ígéretes kísérletére 2013 decemberében került sor, a Kaliforniából indított rakéta első fokozatának hajtóművei a felbocsátás után nyolc perccel ismét működésbe léptek, és a fokozat visszatért a Csendes-óceán vizére. Tavaly áprilisban pedig az Atlanti-óceánba ereszkedett vissza egy rakéta. Idén kétszer is élesben tesztelték a Falcon–9-est és kétszer majdnem sikerült landolnia egy vízen úszó, 50 × 100 méteres platformra. Először januárban próbálkoztak, ekkor túl keményen landolt, majd áprilisban is, ekkor pedig eldőlt a rakéta. A harmadik kísérletre júniusban került volna sor, azonban a fellövést követően, alig 3 percet töltve a levegőben, a rakéta felrobbant, és rakományával, illetve a Dragon kapszulával együtt megsemmisült.

A negyedik próbára, ha a szerdai tesztek sikeresek lesznek, szombaton kerülhet majd sor, amelynek során a Falcon–9 visszatérő egysége a Cape Canaveral bázison landolna, a tervek szerint egy darabban, károsodás nélkül. Június óta ráadásul nem lőttek fel újabb példányt, az akkor bekövetkezett baleset után inkább a hibaelhárításra fordítottak minden figyelmet.

Jól látszódnak a Falcon–9 behúzott landolólábai
Jól látszódnak a Falcon–9 behúzott landolólábai


A SpaceX számára minden korábbinál fontosabb, hogy sikert tudjanak felmutatni, erre nemcsak az említett kudarcok, de a riválisként megjelenő Blue Origin sikeres kísérlete miatt is nagy szükségük lenne. A decemberi fellövéssel először néhány kisebb, kereskedelmi célú műholdat állíthatnak majd pályára, amit a NASA meg is erősített, valamint elárulták, hogy a Kennedy Űrközpont 39 A jelzésű kilövőállása szolgál majd a későbbi küldetések és az űrhajósokkal lezajló expedíciók kiindulópontjaként. A kilövőállást eredetileg az Apollo-programhoz építették, innen indultak az Apollo űrhajók a Hold felé. A program végeztével az indítóállványokat átépítették, és azután a Space Shuttle indítását végezték innen.
FALCON–9

A Falcon–9-es rakétacsalád két tagja a közepes erejű rakéták közé tartozik, amelyet Elon Musk a Star Warsból ismert Millenium Falcon űrhajó után nevezett el. Kétfokozatú rakéta, mindegyik fokozatát a SpaceX által tervezett Merlin 1D típusú folyékony üzemanyagú hajtóművek hajtják. Az első fokozatot octaweb (nyolcszög, plusz középen egy) alakzatban elrendezett kilenc normál, a másodikat egyetlen a vákuumban való működéshez módosított Merlin hajtómű hajtja. A rakéta üzemanyaga kerozin és folyékony oxigén meghajtású. A fémborítás maximum 5,2 méter átmérőjű rakomány szállítását teszi lehetővé.

Az octaweb elrendezés
Az octaweb elrendezés

A jelenleg üzembe lépő Falcon–9-es az 1.2-es típusszámú, amely továbbfejlesztése a korábban üzemeltetett 1.1-es típusú rakétának, amely 2013. szeptember 29-én indult először az űrbe a Vandenberg katonai támaszpont SLC4-E jelű kilövőállásáról. A Falcon–9 tervezése képessé teszi a rakétát, hogy küldetését akkor is végrehajtsa, hogyha az első fokozat egyik motorja leállna. Ez a tervezés mentette meg 2012. október 8-án a CRS–1 teherűrhajót, amikor indítás után körülbelül 80 másodperccel leállt a kilenc Merlin hajtómű egyike. Az elsődleges küldetés, a Dragon űrhajó pályára állítása ennek ellenére sikerrel megtörtént, így az eseményt részleges hibaként dokumentálták.

A Falcon–9-es 13,5 tonnát tud a legkedvezőbb, 28 fokos inklinációjú pályára állítani, 4,85 tonnát geostacionárius pályára. A rakéta tömege indításkor 541 tonna, ebből körülbelül 500 tonna üzemanyag. A kezdeti meghajtása a 9 Merlin motornak 6806 kN. A rakéta 70 méter, azaz körülbelül 20 emelet magas. Ha Dragon űrhajót szállít, nincsen szüksége a rakomány borítására, egyébként egy 13 méter hosszú, szintén házilag készített fémborítást használ a rakománynak a légkörtől való megvédésére.

Az újrafelhasználhatóság érdekében a rakéta sajátos megoldásokat tartalmaz. Az alsó részen közvetlenül a hajtóművek fölött található a függőleges leszálláshoz szükséges kihajtható 4 láb, illetve az első fokozat felső részén kihajtható, rácsos szerkezetű vezetőszárnyak kaptak helyet, melyek az ereszkedés közben a törzset irányítják. A leszállás a rakétahajtáson alapul, az ereszkedés során a hajtóműveket több alkalommal is újra begyújtják. Ezek feladata az visszatérés megindítása, a rakéta újrapozícionálása, a rakéta hangsebesség alá lassítása, illetve a landolás végső pontján is a tolóerő fékezi a rakéta zuhanását, és teszi lehetővé a biztonságos földet érést. A földet érés pillanatában a függőleges helyzet megtartását a rakéta felső részében elhelyezett fúvókák segítik.

A festéklehúzórácshoz hasonlító szárnyak között helyezkednek el fúvókák
A festéklehúzórácshoz hasonlító szárnyak között helyezkednek el fúvókák

Sikeres indítás esetén a Falcon–9 első fokozata mintegy három perccel a start után válik el a többi elemtől. A Falcon–9 első fokozata 240 kilométer magasan 4600 km/h sebességnél válik le, és kezdheti meg a landolást. Innen kell álló helyzetben eltalálnia a Kennedy Űrközpont 13-as indítóállomásán kiépített 60 × 60 méteres szárazföldi leszállóhelyet, miközben a több mint háromszoros hangsebességről egy szaporábban sétáló ember sebességére, 7 km/h mértékre lassul le.

A visszatérés és az üres tartály begyűjtése azonban még távolról sem a végső megoldás, hiszen ezt követően bizonyítani kell, hogy a szerkezet valóban alkalmas az újbóli felhasználásra, ráadásul nem túl nagy erőfeszítések, hosszadalmas tesztek és átalakítások árán. Ellenkező esetben ugyanis nem sok költséget takaríthatnának meg ahhoz képest, ha minden alkalommal újonnan gyártott fokozatot használnának, gondoljunk csak a space shuttle története. Ha minden a tervek szerint alakul, először 2016-ban repülhet egy olyan Falcon–9, amelyet újrahasznosított első fokozattal szerelnek fel.

Bezos és Musk is arról beszélnek, hogy a céljuk az, hogy az emberiség egy űrutazó civilizáció legyen, állandó jelenléttel a Marson és egyéb, a Földön kívüli területeken. Lehet, hogy némi egészséges versengés segíteni is fogja ezeket a nagy álmokat valóra váltani, és az űrkutatás ’60-as évekbeli aranykora után egy újabb aranykor köszönt rá az emberiségre.



UPDATE: Elon Musk bejelentette, hogy a fellövés előtti tesztek sikeresek voltak, ám a fellövésre csak vasárnap kerülhet sor.