Jaka jest przyszłość lotów kosmicznych? Czy ludzie będą bez przeszkód podróżować w kosmos, by w końcu zamieszkać na innej planecie? Elon Musk planuje zbudować miasto na Marsie w 2050 roku – wszystko jest więc możliwe. Jak na razie jednak ludzie mogą obserwować eksplorację innej planety, niektórzy mogą nawet wziąć w niej udział dzięki rakiecie Falcon 9.
SpaceX Falcon 9 to dwustopniowa rakieta, której niektóre części nadają się do ponownego użycia. Została zaprojektowana, by przyśpieszyć eksplorację kosmosu i umożliwić bardziej ekonomiczne wynoszenie satelitów na orbitę. Oprócz tego może wysyłać na orbitę załogowe statki kosmiczne. Najnowsza wersja pierwszego stopnia rakiety Falcon 9 może wielokrotnie odbyć lot w kosmos i z powrotem.
Ewolucja rakiety SpaceX Falcon 9
Firma SpaceX, na której czele stoi przedsiębiorca i milioner Elon Musk, powstała w 2002 roku. Jej początkowym założeniem było zrewolucjonizowanie przemysłu lotniczego i rozwój podróży kosmicznych. Pierwszą zaprojektowaną rakietą była rakieta Falcon 1, której udźwig wynosił do 670 kg. Był to pierwszy pojazd nośny zasilany wyłącznie paliwem ciekłym, zaprojektowany przez prywatną firmę, który osiągnął orbitę okołoziemską. Falcon 1 odbył pięć lotów, z których trzy były nieudane – 14 lipca 2009 roku rakieta wylądowała po raz ostatni.
Następnie nastała era Falcona 9, który odbył swój pierwszy lot 4 czerwca 2010 roku z przylądka Canaveral na Florydzie. Zaledwie 2 lata później, 7 października, rakieta przeszła do historii, odbywając pierwszy komercyjny lot zaopatrzeniowy na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Był to jednocześnie pierwszy pojazd wystrzelony w kosmos sfinansowany ze środków prywatnych i jako pierwszy miał możliwość wielokrotnego użycia. W 2014 roku rozpoczęto testy pierwszego stopnia Falcona 9 przystosowanego do powtórnego użytku.
8 kwietnia 2016 roku po raz pierwszy odbyło się udane lądowanie pierwszego stopnia rakiety Falcon na barce. Następnie pierwszy stopień Falcona 9 wystartował ponownie 30 marca 2017 roku. Misja SES-10 tego samego roku była pierwszą, podczas której po raz pierwszy ponownie wykorzystano centralny człon rakiety. SpaceX wysłał na orbitę 53 satelity w sześć miesięcy, dowodząc, że firma w pełni wykorzystuje możliwość ponownego użycia.
Tymczasem 8 lutego 2018 roku doszło do pierwszego lotu testowego rakiety Falcon Heavy. Choć centralny człon uległ zniszczeniu, dwa boczne boostery zostały odzyskane i wylądowały na przylądku Canaveral. Jak powiedział John M. Logsdon, ładunek umieszczony w Falconie, samochód elektryczny Tesla Roadster, został „umieszczony na orbicie wokół Słońca”. Wszystkie te działania miały na celu wysłanie człowieka na orbitę z ziemi amerykańskiej, co wreszcie się udało. W 2020 roku Falcon 9 wyniósł na orbitę pierwszy prywatny załogowy statek kosmiczny, Crew Dragon, na pokładzie z astronautami Dougiem Hurleyem i Robertem Behnkenem.
Jak działa Falcon 9
Według danych SpaceX, rakiety z rodziny Falcon 9 wyniosły na orbitę sto dwadzieścia siedem satelitów i odbyły sto trzydzieści pięć pełnych misji, z których zaledwie dwie były nieudane. Najnowsza rakieta Falcon Heavy z 2018 roku odbyła dopiero trzy misje, ale w planach jest ich znacznie więcej.
Falcon 9 to pierwsza na świecie rakieta wielokrotnego użytku klasy orbitalnej. SpaceX może ponownie wykorzystać najdroższe części rakiety, co obniża koszty związane z wysyłaniem rakiet w kosmos.
SpaceX
Wymiary
Mówiąc o inżynierii rakiety Falcon 9, nie można nie wspomnieć o jej wymiarach. Rakieta ma prawie 70 metrów wysokości, waży 549 054 kilogramów i podczas startu może wytworzyć ciąg o mocy ponad 7500 kiloniutonów. Falcon 9 może wynieść na orbitę okołoziemską 22 800 kilogramów oraz 8 300 kilogramów na Marsa. Elon Musk zapowiada, że w przyszłości wyśle na Marsa ludzi i skolonizuje Czerwoną Planetę.
Dwustopniowe silniki rakietowe
Pierwsza wersja Falcona 9 miała dwa stopnie – pierwszy stopień miał dziewięć silników ułożonych w trzech rzędach po trzy. Najnowsza wersja jest również wyposażona w dziewięć silników, są one jednak rozmieszczone w koło, z jednym pośrodku. Silniki znajdują się w metalowej obudowie Octaweb, która jest kluczowym elementem pierwszego stopnia rakiety.
Drugi stopień wykorzystuje jeden silnik na ciekły tlen. W cyklu zasilania generatora gazu stosowana jest również nafta klasy rakietowej. Oba silniki wytwarzają łącznie 1,7 miliona funtów ciągu.
Silnik Merlin jest konstruowany całkowicie przez SpaceX i wykorzystuje kombinację rakietowej nafty RP-1 i ciekłego tlenu. Jest to niesamowicie mocny i jeden z najbardziej wydajnych silników, jakie kiedykolwiek wyprodukowano.
Rozdzielanie stopni
Każda rakieta wielostopniowa wymaga pierścienia pośredniego, który czasami jest trudny do wykonania – konstrukcja rakiety Falcon jest jednak znacznie prostsza. Do rozdzielania stopni większość rakiet wykorzystuje zaawansowany system pirotechniczny. SpaceX stosuje całkowicie pneumatyczną metodę.
Stopień pośredni ma za zadanie połączyć pierwszy i drugi stopień. Silnik drugiego stopnia jest umieszczony w stopniu pośrednim. Dzięki temu jest zabezpieczony w początkowych fazach lotu. Rozdzielenie stopnia następuje, gdy dwa stopnie rozdzielą się w odpowiednim momencie, pozwalając drugiemu stopniowi na bezpieczną eksplozję.
Historyczną chwilą dla Falcona 9 był moment, w którym wyniósł na orbitę statek kosmiczny Crew Dragon. Jest to samodzielnie poruszająca się kapsuła z dotykowymi kontrolkami, z których pasażerowie mogą korzystać w sytuacjach awaryjnych. Na pokładzie Crew Dragon może przebywać do siedmiu osób, zwykle podróżuje jednak tylko z czterema.
Payload
Ładunek Falcona 9 jest wykonany z kompozytu węglowego, którego owiewki są wyrzucane po około 3 minutach lotu. Zabezpiecza to satelity w drodze na orbitę. SpaceX odzyskuje owiewki do ponownego wykorzystania w przyszłych lotach.
Lądowanie
Lądowanie to najbardziej emocjonujący moment. Lądownik pierwszego stopnia Falcona 9 wyposażony jest w cztery nogi wykonane z włókna węglowego, które są złożone na płasko na kadłubie rakiety do momentu użycia. Pędniki na zimny gaz sterują rakietą tak, by ustawić ją silnikami skierowanymi do przodu.
Po przejściu rakiety przez stopniowanie, pierwszy stopień rozpoczyna lądowanie z prędkością 4 700 kilometrów na godzinę. Pędniki na zimny gaz umieszczone blisko wierzchołka obracają rakietę do pozycji pionowej. Silnik startuje, co spowalnia spadanie do 20 km na godzinę. Następnie nogi rozkładają się i rozpoczyna się kolejny etap. Trzy z dziewięciu silników Merlin uruchamiają się jeszcze raz – proces ten nazywany jest „boostback burn”.
Sprzęt i oprogramowanie
Pierwszy etap lądowania rakiety jest w pełni zautomatyzowany, a szereg komponentów reaguje w czasie rzeczywistym na zaistniałe warunki. Rakieta wyposażona jest także w samodzielny system zakończenia lotu. Przy pomocy komputerów możliwe jest wykrycie niektórych zagrożeń.
Falcon 9 wyposażony jest w trzy procesory dwurdzeniowe x86. Wykorzystuje on system Actor-Judge, który zapewnia bezpieczeństwo dzięki redundancji. Każda decyzja jest poddawana analizie z udziałem pozostałych dwóch rdzeni. Dzięki temu system może zostać zrestartowany, jeśli wystąpią jakieś niezgodności. Jeśli wszystko się zgadza, w końcowym procesie dane wysyłane są do mikrokontrolerów PowerPC, które sterują silnikami rakiety.
Koszty
Ile kosztuje Falcon 9? Zarówno Falcon 9, jak i Falcon Heavy są bardzo konkurencyjne cenowo. SpaceX oferuje także transport załogi dla klientów komercyjnych. To doskonałe rozwiązanie, by transportować astronautów do różnych miejsc na niskiej orbicie okołoziemskiej.
Przyszłość rakiety
Czy Falcon 9 poleci na Księżyc? To bardzo prawdopodobne. Firma Firefly Aerospace wybrała rakietę Falcon 9 na swoją pierwszą komercyjną misję na Księżyc planowaną na rok 2023. Wyruszy ona w lot z dziesięcioma ładunkami badawczymi sponsorowanymi przez NASA.
W listopadzie 2019 roku Elon Musk napisał na Twitterze, że maszyna jest w stanie wystartować nawet trzy razy w ciągu jednego dnia. Oznacza to, że mogłaby odbyć 1000 lotów rocznie. Kolejnym projektem, który Musk chce zrealizować do 2050 roku, jest kolonizacja Marsa i wybudowanie tam miasta. Zanim to jednak nastąpi, pierwsze bezzałogowe loty na Marsa zaczną odbywać się już za cztery lata.
SpaceX planuje teraz skupić się na większych misjach, takich jak transport ludzi i ładunków na Księżyc i Marsa. Jest to możliwe dzięki systemowi startowemu Starship. 12 listopada 2021 roku SpaceX przeprowadził testowy start rakiety Starship SN20.
