Όταν το Starship του SpaceX αναρριχηθεί στα ανοικτά των ακτών του Τέξας το καλοκαίρι του 2023, θα σηματοδοτήσει ένα ορόσημο που συζητούν οι διαστημικοί μηχανικοί εδώ και δεκαετίες, αλλά λίγοι αναμένεται να γίνουν μάρτυρες σύντομα. Ο τεράστιος πύραυλος από ανοξείδωτο χάλυβα, ψηλότερος από ένα κτίριο 30 ορόφων, άναψε τους 33 κινητήρες του και απογειώθηκε. Η αποστολή δεν εξελίχθηκε τέλεια, αλλά απέδειξε ότι η ιδέα μπορούσε να πετάξει.
Η σημασία έγινε ακόμη πιο εμφανής κατά τη διάρκεια της πέμπτης συντονισμένης δοκιμής πτήσης του αστροπλοίου, όταν ο υπερβαρύς ενισχυτής που επέστρεφε αναχαιτίστηκε επιτυχώς στον αέρα από το τεράστιο μηχανικό όπλο του πύργου εκτόξευσης. Αυτή η επίδειξη υποδηλώνει ότι είχε ξεκινήσει μια νέα εποχή επαναχρησιμοποιήσιμων διαστημικών σκαφών.
Το διαστημόπλοιο προορίζεται να μεταφέρει περισσότερους από 100 τόνους σε χαμηλή τροχιά της Γης, ενώ τελικά θα είναι πλήρως επαναχρησιμοποιήσιμο. Εάν το SpaceX πετύχει αυτόν τον στόχο, θα μπορούσε να γίνει το πιο ισχυρό και προσιτό όχημα εκτόξευσης που κατασκευάστηκε ποτέ. Ως αποτέλεσμα, οι διαστημικές υπηρεσίες και οι αεροδιαστημικές εταιρείες εστιάζουν τώρα λιγότερο στο αν τα διαστημόπλοια θα αναδιαμορφώσουν τη βιομηχανία και περισσότερο στο πώς θα πρέπει να ανταποκριθούν.
Ανεξάρτητη ανάλυση επιβεβαιώνει τις δυνατότητες του αστροπλοίου
Ερευνητές στο Γερμανικό Αεροδιαστημικό Κέντρο (DLR) ολοκλήρωσαν πρόσφατα την πιο ολοκληρωμένη ανεξάρτητη αξιολόγηση του Starship. Αντί να βασίζεται στις δημοσιευμένες προδιαγραφές του SpaceX, η ομάδα ανακατασκεύασε την απόδοση του πυραύλου εξάγοντας τηλεμετρία από δημοσίως διαθέσιμο βίντεο των πρώτων τεσσάρων συντονισμένων δοκιμών πτήσης του. Ανέλυσαν δεδομένα δευτερόλεπτο για να δημιουργήσουν και να επικυρώσουν τα δικά τους μοντέλα απόδοσης.
Τα ευρήματά τους υποδηλώνουν ότι οι δυνατότητες του αστροπλοίου είναι ρεαλιστικές και εντυπωσιακές.
Σύμφωνα με την ανάλυση, η τρέχουσα πλήρως επαναχρησιμοποιήσιμη έκδοση του αστροπλοίου θα μπορούσε να παραδώσει περίπου 59 τόνους στη χαμηλή τροχιά της Γης. Αυτό είναι περίπου συγκρίσιμο με αυτό που μπορεί να εκτοξεύσει το Falcon Heavy όταν δεν ανακτηθεί κανένας από τους ενισχυτές του.
Οι ερευνητές αξιολόγησαν επίσης το προγραμματισμένο Starship επόμενης γενιάς του SpaceX, το οποίο αναμένεται να διαθέτει μεγαλύτερες δεξαμενές προωθητικού και ισχυρότερους κινητήρες Raptor 3. Τα μοντέλα τους προβάλλουν περίπου 115 τόνους επαναχρησιμοποιήσιμου ωφέλιμου φορτίου σε χαμηλή τροχιά της Γης, με 188 τόνους πιθανούς σε αναλώσιμη διαμόρφωση. Θα ξεπεράσει την ικανότητα ανύψωσης του θρυλικού πυραύλου Saturn V της NASA.
Το RLV C5 της Ευρώπης ακολουθεί διαφορετική προσέγγιση
Η μελέτη εισήγαγε επίσης μια ευρωπαϊκή ιδέα για ένα υπερβαρύ όχημα εκτόξευσης που ονομάζεται RLV C5. Αντί να επιχειρεί την πλήρη επαναχρησιμοποίηση από την αρχή, ο σχεδιασμός εστιάζει στη μερική επαναχρησιμοποίηση για να αυξήσει την απόδοση.
Η ιδέα συνδυάζει τους επαναχρησιμοποιήσιμους ενισχυτές φτερών του μακροχρόνιου προγράμματος Spaceliner της DLR με μια αναλώσιμη άνω σκηνή. Χρησιμοποιεί υγρό υδρογόνο και υγρό οξυγόνο, έναν πιο αποτελεσματικό συνδυασμό προωθητικού από το μεθάνιο και το οξυγόνο που χρησιμοποιούν οι κινητήρες Raptor του διαστημόπλοιου.
Σε αντίθεση με τα διαστημόπλοια, ο ενισχυτής RLV C5 δεν θα πραγματοποιήσει κατακόρυφη προσγείωση με τροφοδοσία. Αφού εισέλθει ξανά στην ατμόσφαιρα, οδηγεί στο φτερό πριν αιχμαλωτιστεί στον αέρα από ένα μεγάλο υποηχητικό αεροσκάφος. Αν και η μέθοδος αποκατάστασης φαίνεται φουτουριστική, οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι προσφέρει σημαντικά οφέλη. Επειδή ο ενισχυτής δεν χρειάζεται να αποθηκεύσει προωθητικό για την προσγείωση, περισσότερο από το καύσιμο του μπορεί να αφιερωθεί για να φτάσει σε τροχιά.
Αποδοτικότητα έναντι μέγιστου ωφέλιμου φορτίου
Η έρευνα υπογραμμίζει τις διαφορετικές προτεραιότητες μηχανικής πίσω από τα δύο αυτοκίνητα.
Το διαστημόπλοιο ζυγίζει τρεις φορές περισσότερο από το προτεινόμενο RLV C5. Μεγάλο μέρος αυτής της επιπλέον μάζας προέρχεται από το υλικό που απαιτείται για την πλήρη επαναχρησιμοποίηση, συμπεριλαμβανομένων των πλακιδίων θερμικής ασπίδας, του προωθητικού προσγείωσης, της δομικής ενίσχυσης και άλλων συστημάτων ανάκτησης.
Ως αποτέλεσμα, μόνο το 40% της μάζας των διαστημόπλοιων που βρίσκονται σε τροχιά είναι χρήσιμο ωφέλιμο φορτίο. Συγκριτικά, το μερικώς επαναχρησιμοποιήσιμο RLV C5 θα αφιερώνει περίπου το 74% της μάζας του στο ωφέλιμο φορτίο. Αν και δεν μπορεί να ανταποκριθεί στην τεράστια ικανότητα ανύψωσης των αστροπλοίων, επιτυγχάνει πολύ μεγαλύτερη απόδοση.
Διαφορετικές αποστολές, διαφορετικές λύσεις
Οι ερευνητές του DLR τονίζουν ότι οι δύο πύραυλοι δεν είναι άμεσοι ανταγωνιστές τόσο πολύ όσο διαφορετικές λύσεις σε διαφορετικά προβλήματα.
Η μεγάλη χωρητικότητα ωφέλιμου φορτίου και η προγραμματισμένη ταχεία επαναχρησιμοποίηση του Starship το καθιστούν κατάλληλο για φιλόδοξα έργα όπως σεληνιακές βάσεις, αποστολές στον Άρη και μεγάλους δορυφορικούς αστερισμούς.
Το RLV C5, από την άλλη πλευρά, προορίζεται να παρέχει στην Ευρώπη μια ανεξάρτητη ικανότητα εκτόξευσης εξαιρετικά βαριάς χωρίς το τεράστιο κόστος της άμεσης ανάπτυξης ενός πλήρως επαναχρησιμοποιούμενου συστήματος. Επειδή βασίζεται σε τεχνολογίες που ήδη μελετώνται μέσω του προγράμματος Spaceliner, οι ερευνητές πιστεύουν ότι θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως ενδιάμεσο βήμα προτού η Ευρώπη τελικά αναπτύξει έναν πλήρως επαναχρησιμοποιήσιμο εκτοξευτή.
Μια ιδέα εναντίον ενός ιπτάμενου πυραύλου
Η μελέτη αναγνωρίζει επίσης ένα σημαντικό γεγονός.
Το Starship πραγματοποιεί ήδη πτητικές δοκιμές, παρά τις συνεχιζόμενες τεχνικές προκλήσεις. Το RLV C5 παραμένει μια χάρτινη ιδέα και θα απαιτήσει χρόνια πρόσθετης ανάπτυξης για να μετατραπεί σε επιχειρησιακό όχημα εκτόξευσης.
Το ίδιο το διαστημόπλοιο εξακολουθεί να αντιμετωπίζει μεγάλα εμπόδια μηχανικής. Κατά τη διάρκεια της τέταρτης ολοκληρωμένης πτητικής δοκιμής, η ζημιά στο σύστημα θερμικής προστασίας ήταν αρκετά σοβαρή ώστε ο σχεδιασμός έπρεπε να βελτιωθεί σημαντικά. Η επίτευξη γρήγορων, αξιόπιστων και πλήρως επαναχρησιμοποιήσιμων λειτουργιών είναι μια από τις μεγαλύτερες άλυτες προκλήσεις πίσω από το μακροπρόθεσμο οικονομικό μοντέλο των πυραύλων.
Ωστόσο, ο επικεφαλής συγγραφέας Moritz Herberhold και οι συνάδελφοί του κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι “το RLV C5 προσφέρει μια βιώσιμη διαδρομή για την Ευρώπη για την ανάπτυξη μιας ανεξάρτητης, μερικώς επαναχρησιμοποιήσιμης ικανότητας εκτόξευσης υπερ-βαρέων”.
Είτε το μέλλον ανήκει σε πλήρως επαναχρησιμοποιήσιμους γίγαντες όπως τα Starships είτε σε πιο αποτελεσματικά μερικώς επαναχρησιμοποιήσιμα συστήματα, η έρευνα προτείνει ότι μπορεί να υπάρχουν περισσότερα από ένα επιτυχημένα μονοπάτια για την επόμενη γενιά διαστημικών σκαφών.
