
Žingsnis link Marso
Vakar, 2018 metų vasario 6 dieną 22 valandos 45 minutės Lietuvos laiku, iš JAV Kenedžio kosmoso centro, starto aikštelės 39A pakilo raketa Falcon Heavy. Startas buvo suplanuotas jau 2013 metais, tik vis atidėliojamas. Varoma 27 Merlin variklių, raketa iškėlė SpaceX kompanijos įkūrėjo Elon Musk automobilį Tesla Roadster, kurio salone sėdi manekenas ir skamba 1969 metų David Bowie daina Space Oddity. Automobilis lekia link Marso orbitos ir galbūt po kurio laiko, jis bus nuleistas į Žemę kaip muziejinė relikvija.
Ilgas starto momento laukimas
Startas
Skrendam… o daina buvo girdėti ?
Iki starto ir konstrukcija
Falcon Heavy startas buvo suplanuotas dar 2013 metais ir kaip ne kartą jau buvo, atidėtas daug kartų. Tai SpaceX kompanijai tapo vizitine kortelė: paskelbiama data, ji perkeliama, vėl perkeliama. Po kelių metų vėlavimo tai padaroma sėkmingai.
Tai tiesiog genialiai paprasta: sugalvoti ir nuleisti raketos pirmąją pakopą atgal, vėl ją panaudoti antram trečiam ir kitiems skrydžiams. O kam to reikia ? Pirmosios pakopos, kurioje yra kuro ir oksidatoriaus bakai su varikliais, kaina siekia apie 20 mln USD. Raketos pirmoji pakopa, po 162 sekundžių variklių darbo, krisdama nesudega atmosferoje, o gražiai manevruodama sugrįžta atgal į Žemėje esančią aikštelę. Raketos pirmąją pakopą galima vėl panaudoti.
SpaceX su grąžinimu atgal vargo porą metų, per tą laiką kompaniją konkurentai – Blue Origin – net aplenkė
X-15 ir Boing 737 lėktuvai šalia pirmosios pakopos
Šalia sėkmingai nusileidusios raketos Falcon 9 pirmosios pakopos
Rezultatas ir kaina
2017 metais SpaceX sėkmingai paleido 18 Falcon 9, o jau naudota pirmoji pakopa skrido 2 ir 3 kartus.
Apie titano aerodinaminius sparnelius E. Musk yra sakęs – brangūs ir lėtai gaminami
Falcon Heavy triguba Falcon 9: 2 šoninės pakopos sugrįžta į LZ-1 ir LZ-2 (Landing zone 1) aikšteles, esančias Kanaveralo iškyšulio Oro pajėgų bazėje.
Šoninės pakopos leidžiasi
Vidurinė raketa tūpia ant platformos “Of Course I Still Love You” Atlante
Vidurinė raketa (mažokas kuro likutis sugrąžinimui) 480 km/val greičiu tėškėsi šalia platformos per 100 m, sudužo ir nuskendo. Nuolaužos sugadino 2 platformos variklius.
Kaip pavyko pasiekti, kad Falcon 9 į LEO iškelia 23 tonas už 62 mln USD, Falcon Heavy iškelia 63 tonas į LEO už 90 mln USD? SpaceX kompanijoje 2018 metų pradžioje dirba ~ 5000 žmonių. E. Musk susirinko būrį gerų inžinierių, kurie dirba kartu ir patobulinimai daromi vietoje – čia ir dabar.
Patikimumas ir tonos
Į starto aikštelę raketa atvežama vertikaliai ir pastatoma. Likus iki starto 85 minutėms užpilas kuras – žibalas (RP-1), likus 45 minutėms užpilamas oksidatorius – skystas deguonis (LOX)
2002 m. įkurtos SpaceX kompanijos tikslas paprastas: sukurti pigią raketą. Iš kur pigumas, kai Amazon parduos bet kokią pigią, Azijoje pagamintą prekę ?
SpaceX atliko raketų rinkos analizę: raketas, iškeliančias daugiau nei 5 tonų krovinį į LEO, gamina tik kelios valstybės ar organizacijos: JAV, Rusija, Europos Kosmoso Agentūra, Kinija, Japonija, Indija. Pasirinkimas yra pakankamas iš pirmo žvilgsnio. Apie raketas, kurios paleistos kelis ar keliolika kartų nekalbėsime – jos nekonkurencingos. Tokia yra Kinijos Long March 5, kuri pirmą kartą startavo 2016 metais. Ji gali iškelti 25 tonas, tačiau startavo tik 2 kartus, 1 startas buvo nesėkmingas.
Supersunkiosios raketos
Kaip atskira grupė yra minėtina supersunkiosios raketos, galinčios iškelti į LEO virš 50 tonų krovinį. Iki SpaceX Falcon Heavy starto, tokias raketas turėjo tik 2 valstybės: JAV ir Sovietų Sąjunga. JAV turėjo Saturn V raketą ir Space Shuttle sistemą. Saturn V galėjusi iškelti 140 tonų, startavo 13 kartų, 1 startas nesėkmingas. Space Shuttle sistema galėjo iškelti 112 tonų (kartu su Shuttle) krovinį, startavo 135 kartus, 2 kartus nesėkmingai. Sovietų Sąjunga turėjo raketą N1 ir Energiją. N1 startavo 4 kartus nesėkmingai, teoriškai galėjo iškelti 90 tonų krovinį. Energija, galėjusi iškelti 100 tonų krovinį, startavo 2 kartus sėkmingai: vieną kartą iškelė palydovą Polius, kitą kartą iškelė Sovietų daugkartinį erdvėlaivį Buran į testinį skrydį apie Žemę.
JAV sunkiosios raketos
Atlas V startas
Delta IV iškelia palydovą. (U.S. Air Force photo by Carleton Bailie)
JAV turi Delta IV raketą, galinčią iškelti iki 28.8 tonų į žemą orbitą apie Žemę (LEO – Low Earth Orbit). Jos yra patikimos, kaina ~ 164 mln USD. Panašiai yra su Atlas V – keliamoji galia 20.5 t, kaina 109 mln USD. Nuo 1989 iki 2005 metų JAV naudojo Titan IVB, kurios 1 kg iškėlimo kaina buvo labai aukšta, o viename iš greitintuvų naudotas kuras Polybutadiene acrylonitrile (PBAN) yra labai toksiškas.
Rusijos sunkiosios raketos
Proton-M ruošiamas startui iš Plesetsk kosmodromo
Soyuz 2.1 yra 1966 metų pirmą sykį startavusios raketos Soyuz modifikuota versija
Rusija gaminti „amžinąją” raketą Proton M, kurios ir keliamoji galia ir kaina (į LEO – 23 tonos ir 70 mln USD) tinkamos, tik patikimumas 2015-2017 metais stipriai sumenko. Kita Rusijos raketa Soyuz 2.1 (yra 3 variantai 2.1a, 2.1b ir 2.1v) iškelia 8.2 tonų už 80 mln USD.
ESA sunkiosios raketos
Ariane 5 ruošiama startui su ATV 4 erdvėliaiviu į Tarptautinę kosminę stotį
Europos Kosmoso Agentūra turi vienintelę raketą – Ariane 5. Ji į LEO iškelia 16-20 tonų už 165-200 mln USD kainą.
Startuoja Long March 3B raketa
Azijos sunkiosios raketos
Kinija raketa Long March 3B kelia 11.5 tonų už 70 mln USD. Tik ar Kinija sutiktų JAV gaminti raketas ? Atsakymas – ne.
Japonijos raketa H-IIA
H-IIB 2011 metų sausio 22 startuoja su Tarptautinės kosminės stoties moduliu HTV2. Nuotrauka Narito Masahiro
Japonija turi HII raketų šeimą: H-IIA iškelia 10-15 tonų už 90 mln USD, H-IIB – 16.5 tonų už 112.5 mln USD.
Indija turi vienintelę 2 kartus sėkmingai startavusią GSLV Mark III, kuri iškelia 8 tonas už 46-62 mln USD. Indija labai puikiai dirba mažesnių krovinių komerciniame sektoriuje su PSLV raketą, kuri iškelia 3.8 tonų į LEO už 21-31 mln USD kainą.
Raketų palyginimas
Raketa | Krovinio masė, tonos į LEO | Kaina, mln USD | Startai, skaičius | Nesėkmės, skaičius | Pradžia, metai | Kuras | 1 kg kaina, USD |
Delta IV | 28.8 | 164 | 36 | 1 | 2002 | Skystas | 5694 |
Atlas V | 20.5 | 109 | 75 | 1 | 2002 | Skystas | 5317 |
Titan IVB | 21.68 | 432 | 39 | 4 | 1989-2005 | Skystas/kietas | 19926 |
Proton-M | 23 | 70 | 102 | 10 | 2001 | Skystas/kietas | 3043 |
Soyuz-2.1 | 8.2 | 80 | 73 | 6 | 2004 | Skystas | 9756 |
Ariane 5 | 16 | 165 | 97 | 5 | 1996 | Skystas/kietas | 10312 |
Long March 3B | 11.5 | 70 | 43 | 3 | 1996 | Skystas | 6087 |
H-IIB | 16.5 | 112.5 | 6 | 0 | 2009 | Skystas/kietas | 6818 |
H-IIA | 15 | 90 | 36 | 1 | 2001 | Skystas/kietas | 6000 |
GSLV Mark III | 8 | 62 | 2 | 0 | 2014 | Skystas | 7750 |
PSLV | 3.8 | 31 | 41 | 9 | 1993 | Skystas | 8158 |
Falcon 9 | 22.8 | 60 | 28 | 0 | 2015 | Skystas | 2632 |
Falcon Heavy | 63.8 | 90 | 1 | 0 | 2018 | Skystas | 1411 |
Pastabos: Duomenys – 2018 metų vasario mėn. Tonos į LEO ~ 260 km; kuras – beveik visos raketos naudoja skystą kurą. Kietas kuras naudojamas tik greitintuvuose. Skysto kuro variklius galima išjungti ir vėl įjungti, o tai įgalina kelių palydovų paleidimą vienu metu į skirtingų orbitų aukščius. Proton-M raketos kuras – nesimetrinis dimetilhidrazinas – (CH3)2N2H2 – yra ypač kenksmingas. Avarijos atveju stipriai užteršiamos didžiulės teritorijos.
Skrydžio detalės
Skirtumas tarp GTO (geostacionarinė orbita apie Žemę) ir LEO (žema orbita apie Žemę, dažnai 260 km aukščio) yra antrosios pakopos darbo trukmė: jei krovinys leidžiamas į LEO – antroji pakopa darbą baigia 600 sekundę nuo pakilimo pradžios, jei į GTO – darbą baigia 1585 sekundę nuo pakilimo pradžios.
Falcon 9 raketos laiko juosta GTO ir LEO misijoms
Turite mažą 22 tonų krovinį ir norite jį iškelti į orbitą apie Žemę ? Pasirašote kontraktą su SpaceX už 60 mln USD (plius draudimas kokie 120 mln USD) ir po 18 mėnesių ar daugiau Jūsų palydovas, o gal fortepijonas, suksis apie Žemę.