Zašto je meko spuštanje rakete 22. prosinca 2015. godine bilo povijesno?

Prava vijest je, zapravo, od 1. siječnja, a javio ju je sam osnivač tvrtke SpaceX Elon Musk: "Nismo otkrili štetu, raketa je spremna za novo lansiranje."

Lansiranje rakete SpaceX. © Lubaznošću: TsENKI
Članak
1Komentari
Broj otvaranja1443

Da bi danas Amerikanac Sojuzom, na slavnoj raketi R-7, poletio na Međunarodnu svemirsku stanicu NASA ruskoj državnoj tvrtki Roskosmos plaća za povratnu kartu po 70 milijuna dolara. U tu cijenu ulazi i dodatni teret koji ukupno ne može biti veći od 200 kilograma.


Trenutak neposredno prije mekog spuštanja prvog stupnja rakete Falcon 9. © Ljubaznošću: Space X
- Znate što? Ako nam ovo uspije bit će to kao da smo olovku ispalili preko Empire State Buildinga i nanišanili smo je tako da se s druge uspravna meko spusti u kutiju od cipela - egzaltirano je za živoga prijenosa komentator opisivao razmjere čudesnog manevra spuštanja prvoga stupnja rakete Falcon 9.

Usporedba s olovkom i Empire State Buildingom.
I doista, samo nekoliko desetaka sekundi poslije moglo se vidjeti kako na Floridi noćno nebo tog 22. prosinca rasvjetljava rigajući plamen raketnih motora 40-metarske "svijeće" promjera 3,66 metara i rastjeruje prašinu oko velikog crnoga slova X na betonskoj platformi vojne raketne baze Cape Canaveral na Floridi. I kako se taj bijeli "štap" iz kosoga prilaza umirio na uskim nožicama, a motori ugasili.


Povijesni trenutak, ovako je izgledalo spuštanje prvog stupnja rakete Falcon 9.

"Dobrodošao u klub!", Elonu Musku je na Twitteru čestitao Amazonov osnivač Jeff Bezos, čija je raketa New Shepard, nazvana prema Alanu Shepardu, prvom američkom podorbitalnom astronautu, uspravno meko sletjela poslije podorbitalnoga leta 23. listopada do visine od 100,5 kilometara. Mnogi su shvatili da je u toj čestitki pomiješan mrvičak ironije s jasnim trijumfalizmom. Bio je to uzvrat "čestitki" Elona Muska od 24. listopada u kojoj je Musk naglasio da je pokusni prvi stupanj rakete izveo šest podorbitalnih mekih spuštanja od 2012. godine. Kako usporediti ova dva pothvata i procijeniti jesu li slični u ičem drugom osim po raketi koja po povratku mirno stoji na platformi?


Isti događaj, snimljen iz helikoptera.

Falcon 9 je orbitalna raketa, a New Shepard je podorbitalna. Prva može iznijeti teret od 4,5 tone u geostacionarnu orbitu na visinu veću od 42 000 kilometara, a druga doseže visinu od 100 kilometara i pada na mjesto odakle je lansirana.

Testiranje New Sheparda. © Ljubaznošću: Blue Origin
Falcon 9 je raketa teška skoro 605 tona i visoka 68,5 metara te je građena da nosi teret i astronaute, a New Shepard visoka desetak metara koja pet minuta poslije lansiranja na granicu svemira jednoga dana treba, radi kratkog iskustva slobodnoga pada i zabave, povesti do šest turista.

Shematski prikaz New Sheparda. © Ljubaznošću: Blue Origin

New Shepard nakon povratka s probnog leta. © Ljubaznošću: Blue Origin
Povratak prvoga stupnja Falcona 9 je manevar u kojem se paljenjem motora raketa zaustavlja pri brzini od oko 7,5 Macha i vraća u smjeru suprotnom od lansiranja, dočim se New Shepard na mjesto polijetanja vraća iz brzine nula, a da pri lansiranju ni u jednom trenutku nije premašila 3 Macha.

Usporedba letnih mogućnosti Falcona 9 i New Sheparda.
Meko prizemljenje 40 metara visokog prvoga stupnja na svježe izbetoniranu pistu u Cape Canaveralu bio je savršeni završetak dvadesetog lansiranja rakete Falcon 9 američke privatne tvrtke SpaceX, i prvog lansiranja nakon što se u 19. pokušaju raketa raspala zbog greške jednoga od devet njenih motora. Čak ni statistika od 5% neuspješnih lansiranja nije loša, iako su mediji te večeri prešutjeli podsjetiti na katastrofu prethodnoga lansiranja kad se sveudilj javljalo o povijesnom uspjehu, bez pretjeranog objašnjavanja o tome u čemu se uspjeh zapravo sastoji, osim u onoj žonglerskoj vještini kojoj nije ravan ni prevratnički pobjednički pogodak u koš preko cijelog igrališta sa znakom sirene. Uspjeh je zapravo i bolji od lansiranja.

Prvi stupanj Falcona 9 nakon slijetanja pregledan je i tom prilikom je konstatirano da je potpuno ispravan. © Ljubaznošću: Space X
Prava vijest je, zapravo, od 1. siječnja, a javio ju je sam osnivač tvrtke SpaceX Elon Musk putem društvene mreže Instagram ovom fotografijom iz hangara u Cape Canaveralu: "Nismo otkrili štetu, raketa je spremna za novo lansiranje."

Ako bismo u jednoj rečenici mogli sažeti u čemu je prijelomnost ovoga događaja, onda ona glasi:

"Sve dosad bilo je istraživanje svemira, a odsad su to svemirska putovanja!"

Infografika balistike leta.
Naravno, bit će na tom putu još mnogo nesreća i tehničkih neuspjeha (u automobilima se, prisjetite se, i dandanas gine!), ali više ništa neće biti kao prije. Doći će i letjelice koje su posve drukčijeg koncepta od Falcona 9, ali 22. prosinca 2015. godine ostat će uklesan u povijesti svemirskih putovanja.

Pa, dobro, što je to tako revolucionarno baš u ovome događaju?

Osnovno je što je prvi put sačuvan najskuplji dio svemirske letjelice.

A što je onda bio space shuttle?

Neki će reći: pa i flota Space Shuttlea je letjela čak 135 puta u svemir i vraćala se, uz dvije velike nesreće i sedam izgubljenih ljudskih života. No, pogledajmo brojke!

Posljednjih desetak ciklusa lansiranja space shuttlea, njegova povratka i spremnosti za novi let, stajali su između 1,5 i 2 milijarde dolara. Space shuttle je ipak bio dvostupanjska raketa, čiji je prvi stupanj - onaj golemi narančasti spremnik tekućeg goriva uz dva dodatna bočna potisnika na kruto gorivo - bio uništen. Nakon riskantnog slijetanja s ugašenim motorom, za što su piloti imali pravo na samo jedan pokušaj, letjelica je morala proći kroz komplicirani sustav provjera, prvenstveno 20.548 crnih termoizolirajućih pločica zalijepljenih za nos i trbuh letjelice radi zaštite od ekstremno visokih temperatura (do 1250º C) trenja pri ulasku letjelice u atmosferu na povratku.

Provjera pločica space shuttlea. © Ljubaznošću: NASA
Pločice koje su otpale pri letu bile su uzrok katastrofe shuttlea Columbia na 107. misiji kada se letjelica 1. veljače 2003. u plamenu raspala pri slijetanju na visini od 20 kilometara. Dvije godine nakon pauze letenja shuttleom i analize uzroka nesreće shuttle je svaki put prije povratka s Međunarodne svemirske stanice izvodio polagana salta kako bi posada svemirske stanice eventualno uočila nedostaje li koja pločica. Nekoliko puta je povratak bio i obustavljen da bi astronauti izašli van i zalijepili nedostajuće pločice!

A brojanje crnih zaštitnih pločica, u svemiru i na zemlji, bilo je samo najprimitivnija, mada sigurnosno najkritičnija radnja oko shuttlea. Ukratko, letjelica je bila previše komplicirana da se neki kobni gremlin potencijalno naselio u neki od sustava. Zato i jest bio skup njen oporavak za svaki novi let. I zato se koncept space shuttlea može smatrati promašenim, a općem napretku svemirskih letjelica donio je - osim specifičnog iskustva - samo marginalan napredak u novim materijalima.

Falcon 9 na lansirnoj rampi.
Svaki let najmoćnije rakete dosad, Saturn V, stajao je, od sredine šezdesetih do 1974. godine, između pola i jedne milijarde ondašnjih američkih dolara. To je bilo u redu, jer joj je cilj bio dovesti ljude na Mjesec. Veća nije mogla biti jer se ionako pri lansiranju na rampi tresla do granice izdržljivosti materijala od kojih je napravljena, a ljude nije mogla dovesti dalje od toga. I za svako je lansiranje jedan takav div visok 117 metara bačen u smeće.

Današnja komercijalna lansiranja na konvencionalnom jednokratnom tipu Boeingovih raketa Delta (za terete od 3 do 14 tona), ili sličnim raketama iz Lockheed Martina tipa Atlas (za terete od 9 do 18 tona) stoje između 200 i 500 milijuna dolara, a one ipak, budući da im je koncept temeljen na interkontinentalni balističkim raketama, zbog dinamičkih osobina njihova leta ne mogu na vrhu povesti kapsulu s ljudskim posadama. Njima je konkurentna europska raketa Ariane 5 koja u nisku Zemljinu orbitu ponese i po 20 tona tereta po cijeni od otprilike 200 milijuna dolara.

Da bi danas Amerikanac Sojuzom, na slavnoj raketi R-7, poletio na Međunarodnu svemirsku stanicu, NASA ruskoj državnoj tvrtki Roskosmos plaća za povratnu kartu po 70 milijuna dolara. U tu cijenu ulazi i dodatni teret koji ukupno ne može biti veći od 200 kilograma.

Falcon 9 Heavy na lansirnoj rampi.
I sad dolazimo do najvažnijega: jedno lansiranje raketom Falcon 9 s 13 tona maksimalne nosivosti stoji (a od travnja ili svibnja ove godine znatno snažnijom raketom Falcon 9 Heavy sposobna podići 53 tone), zbog bitno unaprijeđene i racionalnije tehnike njene gradnje, ne više od 60 milijuna dolara. A gorivo za nju od oko 200 tisuća dolara po lansiranju je samo djelić troškova za slučaj da se raketa ne uništi.

Spašeni i neoštećeni prvi stupanj zato je dragocjen u namjeri da se svemirska putovanja učine što jeftinijima. NASA SpaceX-u zasad svako lansiranje plaća kao da je svaka raketa za jednokratnu uporabu. Osnivač tvrtke Elon Musk se time ne zadovoljava, nego svako lansiranje iskorištava za dopunski pokus kojim se unapređuje ponovna upotrebljivost lansirnog sustava. Štoviše, Musk ima namjeru ne samo meko prizemljivati prvi stupanj rakete, nego i drugi, pa i na tvrdo tlo u budućnosti prizemljivati i svemirski brod s posadom. I to ne samo na Zemlji, jer mu je krajnji cilj čim prije lansirati ekspediciju s ljudskom posadom i na Mars. U ovom slučaju "čim prije" znači otprilike 2030. godine ili kasnije…

Kolika je zapravo važnost događaja od 22. prosinca 2015. i veliki korak naprijed vidi se ne samo što danas za dostavu litre vode na Međunarodnu svemirsku stanicu važi cijena od 20 tisuća dolara, a SpaceX toj cijeni želi "otkinuti" barem jednu znamenku, nego i po tome što su svi konkurentski proizvođači raketa sada ozbiljno zabrinuti.

Na primjer, NASA u pogonima u kojima su se gradili elementi lansirnog sustava za space shuttle na toj tehnologiji je već potrošila 15 milijardi dolara za gradnju superteške rakete SLS veće od Saturna V, sposobne da iznese do 29 tona s cijenom lansiranja od pola milijarde dolara (procjena iz 2012. godine), ali bez oporabe potrošenih sklopova rakete. Slična je zabrinutost i u europskoj svemirskoj industriji jer dolazi u pitanje ekonomičnost lansiranja do danas najekonomičnijeg sustava za lansiranje svemirskih brodova bez posade kao što je Ariane 5. Napokon, ni Rusi ne spavaju mirno, jer dok stare, pouzdane rakete Sojuz odrađuju svoj labuđi pjev, ni nove rakete tipa Angara, koje razvijaju bez sklopova iz Ukrajine, nisu zamišljene za višekratnu uporabu.

Usporedbe veličina raketa.
Dugoročnije gledano, perspektiva vozila za dohvatanje ciljeva u svemiru su u nekom posve novom konceptu lansiranja. A i lansirni će se sustavi konceptualno mijenjati s obzirom na to za kakav će se teret specijalizirati. Za male (i fizički sve manje!), uglavnom znanstvene terete specijaliziraju se rakete iz preinačenih interkontinentalnih balističkih raketa kao što su to ukrajinske rakete tipa Dnjepr ili Zenit, ili američke tipa Minotaur, a na tom tržištu danas je prvakinja europska raketa Vega, sposobna da u polarnu orbitu na visinu od 700 kilometara iznese teret od 1500 kilograma. Dosad je od prvoga lansiranja 13. veljače 2012. godine bilo pet takvih lansiranja, a zasad ih je ugovoreno još osam do 2017. godine.

Na tom tržištu lakih lansiranja konkuriraju još i startupi kao što su Virgin Galactic, Stratolaunch Systems Microsoftova suosnivača Paula Allena, čije bi se rakete lansirale na visini od oko 15.000 metara s trbuha dvotrupnog aviona sastavljenog od Boeingovih 747, kao i Blue Origin Amazonova osnivača Jeffa Bezosa. Njima će se svakako priključiti još poneki privatnik koje držimo na oku, a samo će vrijeme pokazati čiji će se koncept pokazati najekonomičnijim.


Blue Originova raketa New Shepard za vrijeme probnog podorbitalnog leta

Skylon, raketoplan koji polijeće i slijeće na pistu

Među najperspektivnijim konceptima za rutinska svemirska putovanja u nisku Zemljinu orbitu danas se nameće britanski koncept svemirskog aviona Skylon, u razvoj čijeg je kombiniranog mlazno-raketnog motora SABRE, nakon što je razvojnim koracima dokazana njegova funkcionalnost, britanska vlada uložila u razvoj 2000. godine oko milijun eura, a Europska svemirska agencija 2012. još toliko. Lanjskoga listopada je vojno-svemirska multinacionalka u tvrtku Reaction Engines, koja razvija motor SABRE i Skylon, uložila 20,6 milijuna funti, da bi joj pripao udio u petini vlasništva tvrtke. Glavni problem svih svemirskih putovanja je kako dosegnuti višekratno nadzvučnim brzinama visine iznad 20 kilometara. Tu je, naime, otpor zraka prevelik pa se rakete za podizanje svakog novog kilograma na startnoj rampi dograđuju s desecima tona goriva u sve većim raketama.

Prikaz svemirske letjelice Skylon.
Budući da to ne može ići u beskraj, zamisao je Reaction Enginesa da naprave snažne mlazne motore s prethađenjem koji bi do brzine od 5,5 Macha i visine od 28 kilometara radili kao klasični mlazni motori, a iznad njih bi isti ti motori radili kako u vakuumu već rade raketni motori. Letjelica duga oko 83 metra, s dva takva motora na bokovima, ukupne težine 275 tona (sa 220 tona goriva) polijetala bi i slijetala na asfaltnu pistu, a u nisku Zemljinu orbitu do visine od oko 500 kilometara mogla bi ponijeti do 13 tona tereta. I podorbitalnim bi letovima ta letjelica mogla npr. London i Sydney povezati letom ne puno dužim od tri sata.

Pokaže li se takav sustav ekonomičnim, svemirska bi putovanja do sredine stoljeća mogla postati razmjerno uobičajena. Dotad će rakete SpaceX-a obaviti puno toga.

Kakav god ishod ta utrka imala, samo je jedno posve sigurno za nastavak istraživanja svemira, s ljudskom posadom ili bez nje: nema budućnosti za one letjelice koje sve gorivo za daleka putovanja nose sa Zemlje, jer je to neekonomično i, da prostite, blesavo. Gorivo će se dopunjavati u orbitalnim ili Mjesečevim "benzinskim stanicama". Zbog toga upravo traje utrka privatnika prema Mjesecu i asteroidima, gdje bi se instalirala postrojenja za proizvodnju goriva, a i izvlačenje drugih dragocjenih svemirskih resursa, nedostupnih na Zemlji.

Ukupno komentara: 1
Uključi se u raspravu
Najnoviji komentari
Maliprinc
05.01.2016. u 15:03 sati

MAK, lijepo si napisao članak. Jedino ću upozoriti na neke greškice, nebitne za bit članka. New Shepard je letio 23. studenog (ne listopada). Atlas 5 će moći nositi astronaute (kapsula CST 100) jer je stvar samo u sustavu senzora na raketi za praćenje sigurnosti rakete. Prvi, stari Atlas, koji je bio interkontinentalni projektil, iskorišten je za orbitalne letove kapsula "Mercury". Kod nosivosti rakete-nosača SLS je broj 29 umjesto 129 tona. "Saturn 5" je bio visok 110,6 metara, ne 117 m. Za eksploziju "Falcona - 9" uzrok je bio u lomu u drugom stupnju rakete-nosača, do je prvi još radio. Jedan od 9 motora otkazao je u ranijem letu (verzija rakete 1.0) kada je primarni teret stigao u orbitu a sekundarni nije ubačen u orbitu.