Starshipin kolmas koelento: onnistuminen vai epäonnistuminen? (sekä että)
Teksti ilmestyi alun perin 22.3.2024.
SpaceX teki viikko sitten torstaina 14. maaliskuuta kolmannen koelennon suurella Starship-raketillaan. Lennolta tuli aivan upean komeita kuvia, ja lisäksi lähes kaikki lennon tavoitteet saavutettiin – tosin ei kuitenkaan ihan kaikkia.
Kerron alla olevalla videolla ja sen pohjalta tehdyssä jutussa (videon alla) mistä oikein oli kyse.
Olen kirjoittaanut useampaankin otteeseen jo Starshipistä, mutta kannattanee kerrata perusasiat siitä.
Se on noin 120 metriä korkea oleva, uudelleenkäytettävä kantoraketti, joka koostuu kahdesta osasta: laukaisun aikaan alimpana olevasta rakettivaiheesta, niin sanotusta boosterista, ja avaruusaluksesta nimeltä Starship. Boosteria kutsutaan myös nimellä Super Heavy.
Vaikka Starship on vain ylimmän osan nimi, myös koko kokonaisuutta kutsutaan samalla nimellä. Siis Starship laukaistaan avaruuteen Starshipillä.
Ensimmäisen vaiheen tehtävänä on yksinkertaisesti nostaa Starship korkealle ja kiihdyttää se suureen nopeuteen. Siinä on 33 Raptor-nimistä moottoria, jotka tuottavat lentoonlähdössä jotakuinkin saman työntövoiman kuin sata Airbus A350-pitkänmatkanlentokonetta (74 400 kN).
Lentonsa päätteeksi boosteri palaa takaisin samaan tapaan kuin Falcon 9 -rakettien ensimmäiset vaiheet nyt. Tai lähes: se ei laskeudu alas laskeutumisjalkojen varaan, vaan laukaisualustalla olevan tornin viereen, jolloin tornissa olevat ”syömäpuikot”, kaksi metallista rakennelmaa, nappaavat siitä kiinni ja laskevat alas laukaisualustalle.
Starshipissä on kuusi Raptoria, joiden voimin se jatkaa ylemmäs ja avaruuteen. Kolmessa näistä on suuremmat suuttimet ja pieniä muutoksia, jotka tekevät niistä paremmat avaruuden tyhjiössä toimintaa varten.
Aluksen pinnassa on 18 000 pientä lämpösuojatiiltä, jotka suoraavat alusta maahanpaluussa ilmakehän kitkakuumennusta vastaan. Tiiliä on vain toisella puolella, ”mahapuolella”, joka ottaa vastaan ilmakehän kärvennyksen.
Nokassa ja perässä olevat siivekkeet puolestaan auttavat ohjaamaan alusta maahan palatessa. Alus putoaa alaspäin maha edellä, ja vempauttaa itsensä pystyasentoon laskeutumista varten vasta juuri ennen laskeutumista alas pystyasennossa rakettimoottorien varassa.
SpaceX teki ensin koelentoja pelkällä Starshipillä, jolloin se nousi rakettiensa avulla 10 kilometrin korkeuteen ja putosi sieltä alas samaan tapaan kuin putoaisi avaruudesta. Tuloksena oli ensin komeita räjähdyksiä, mutta lopulta temppu onnistui.
Sitten testattiin rakettivaiheen ja Starshipin kokonaisuutta.
Ensilento oli 20. huhtikuuta viime vuonna, ja lento päättyi noin kolmen minuutin lennon jälkeen 39 kilometrin korkeudessa, kun raketti alkoi pyöriä ja räjähti. Monet boosterin moottorit rikkoontuivat laukaisun aikaan ja nousussa, jolloin raketin ohjaaminen ei lopulta enää onnistunut.
Boosteriin ja Starshipiin tehtiin sen jälkeen monia muutoksia, ennen kaikkea raptor-moottoreihin ja niiden ripustukseen. Toinen koelento tapahtui marraskuun 18. päivänä.
Nyt päästiin jo pitemmälle: boosteri toimi kuten pitikin siihen saakka, kun Starship irtosi sen päältä ja jatkoi lentoaan. Raketti räjähti varsin pian irrotuksen jälkeen noin 90 kilometrin korkeudessa.
Starship pääsi noin 149 kilometrin korkeuteen, jolloin yhteys siihen menetettiin.
Ja nyt 14.3. siis oli vuorossa kolmas koelento, ja nyt melkein kaikki meni nappiin.
Kuinka kolmas koelento sujui?
Laukaisu tapahtui aamulla klo 8.25 paikallista aikaa. Raketti nousi ilmaan ja kaikki sen 33 moottoria syttyivät kuten oli tarkoitus – ja toimivat lopulta koko nousun ajan.
Kun aikaa laukaisusta oli kulunut 2 minuuttia ja 42 sekuntia, kaikki boosterin moottorit, paitsi keskellä olevat kolme moottoria, sammutettiin. Näin raketin kiihtyvyys pieneni, mutta ei loppunut kokonaan. Pientä kiihtyvyyttä tarvittiin vaiheiden aktiivisen irroituksen vuoksi: Starship sytytti moottorinsa ja se irroitettiin boosterista. Starship kiihdytti kuudella moottorillaan eteen- ja ylöspäin, kun taas boosteri puolestaan kääntyi sivuun. Se sytytti hieman lisää moottoreita, joiden voimin se muutti lentorataansa, hidasti nopeuttaan ja kääntyi samalla asentoon, missä peräpää osoitti eteenpäin. Boosteri tuli alas takaisin ilmakehään siis moottoripuoli edellä.
Vaikka boosteri oli yli sadan kilometrin korkeudessa, sen pudotessa alas ei tapahdu niin suurta ilmanvastuksen vuoksi tulevaa kitkakuumennusta kuin avaruusaluksen saapuessa alas. Boosterilla on vähemmän nopeutta, ja siksi ilmanvastus kurittaa sitä väkemmän. Raketti on suunniteltu kestämään tämä lämmitys – itse asiassa rakettimoottorien kuumaa kestävät suuttimet ovat nyt vähän kuin lämpökilpi.
Tällä koelennolla boosteri aiottiin ohjata laskeutumaan meren pinnalle samaan tapaan kuin se laskeuisi myöhemmin laukaisupaikalleen. Laskeutumisen jälkeen se uppoaisi mereen, eikä sitä käytettäisi siis uudelleen.
Videokuvissa näkyi hyvin, kuinka boosteri ohjasi asentoaan ritilämäisillä ohjaimillaan Falcon 9:n ensimmäisten vaiheiden tapaan. Mitä alemmas se tuli ilmakehässä, sitä innokkaammin ritilät liikkuivat. Laskeutuminen näytti ainakin sujuvan aina alas noin kuuden kilometrin korkeuteen, jolloin raketti lensi pilvikerroksen ja todennäköisesti tuulivyöhykkeen läpi. Sen jälkeen ohjaimet alkoivat liikkua hyvinkin nopeasti ja äkkinäisesti, ja selvästikin niillä oli vaikeuksia pitää asentoa haluttuna.
Sitten, noin kilometrin korkeudessa, kun keskellä olevien 13 moottorin oli tarkoitus syttyä jarrutuspolttoon, niin vain kolme käynnistyi ja kaksi niistäkin vain lyhyeksi aikaa. Raketti räjähti 462 metrin korkeudessa meren pinnasta; todennäköisesti sen oma itsetuhojärjestelmä toimi, kun lentotila ei ollut enää sellainen mikä sen piti olla. Kenties ilmakehään saapuminen oli vaurioittanut moottoreita.
Boosterin lento siis sujui oikein hyvin aivan loppua lukuun ottamatta.
Kun ajattellaan sen päätehtävää, eli Starshipin viemistä kohti avaruutta, niin tämä onnistui, kuten onnistui myös edellisellä lennolla.
Normaalisti kantorakettien ensimmäiset vaiheet putoavat alas ja molskahtavat mereen. Jos Starship olisi perinteinen raketti, eikä tavoitteena olisi uudelleenkäytettävyys, niin nämä kaksi edellistä lentoa olisivat olleet onnistuneita.
Starship käytti moottoreitaan suunnitellun ajan ja sammutti ne noin kahdeksan ja puolen minuutin kuluttua laukaisusta. Silloin se oli avaruudessa noin 150 kilometrin korkeudessa lähes 27 000 kilometrin tuntinopeudella.
Tällä koelennolla tarkoitus ei ollut asettua kiertämään maapalloa tai nousta kovin korkealle, vaan lentää ikään kuin pitkässä heittoliikkeessä toiselle puolelle maapalloa. Alus ohjattiin radalle, jolla se putosi Intian valtamereen jotakuinkin kiertoratanopeudella. Kiertoradalla pysymiseenhän tarvitaan riittävän nopeuden lisäksi oikea lentosuunta; nyt rata oli hyvin pitkä ns. suborbitaalinen rata. Samankaltainen kuin mannertenvälisen ohjuksetkin käyttävät.
Korkeimmillaan Starship oli 240 kilometrin korkeudessa. Se olisi voinut helposti käyttää moottoreitaan pitempään, nousta korkeammalle ja muuttaa ratansa siten, että se olisi jäänyt kiertämään Maata, mutta se ei siis ollut nyt tarkoituksena.
Aikomus oli kuitenkin käyttää moottoreita myöhemmin lennon aikana, jotta niiden kyky käynnistyä uudelleen avaruudessa olisi voitu todentaa. Tätä ei kuitenkan tehty, koska alus pyöri avaruudessa jostain syystä nopeammin kuin oli aikomus.
Lennolta tulleessa videokuvassa näkyi hyvin, kuinka Starship pyöri, ja vaikka se oli kaunista, se ei ollut tarkoitus.
Toinen lyhyen avaruuslennon aikana tehtäväksi suunniteltu koe oli aluksen rahtitilan luukun avaaminen ja sulkeminen. Se onnistui – ainakin osittain, sillä SpaceX ei ole kommentoinut, eikä kuvista voinut nähtä kunnolla kuinka paljon luukku avautui.
Leveä ja matala luukku on suunniteltu uuden sukupolven Starlink-satelliittien lähettämiseen, koska SpaceX aikoo käyttää Starshipiä tähän. Tämä auttaa paitsi saamaan suurempia satelliitteja avaruuteen, niin myös lentojen avulla saadaan kokemusta Starshipin lentämisestä ja sitä voidaan kehittää eteenpäin. Osasyy Falcon 9:n luotettavuuteen tulee myös siitä, että sen avulla on laukaistu paljon Starlink-satelliitteja.
Kuvissa näkyi hyvin myös aluksen valtavan suuri rahtitila. Se on 17 metriä pitkä ja 8 metriä leveä. Siinä on tuhat kuutiometriä tilaa, eli aluksella voitaisiin lähettää jopa pieniä avaruusasemia kokonaisena avaruuteen, tai mitä muuta tahansa suurikokoista. Satelliitteja ei täytyisi enää tehdä origamiperiaatteella, koska nyt ne täytyy pakata tiiviiksi, raketin nokkaan mahtuviksi paketeiksi. Rahtiovi muutetaan myöhemmin suuremmaksi.
Tilaan voi laittaa myös matkustamon, missä periaatteessa voisi olla satakin ihmistä.
Kuorman massa voi olla 150 tonnia, tai jos rahdin massa halutaan maksimoida, niin sata tonnia enemmän. Silloin boosteria ja Starshipiä ei käytettäisi uudelleen, vaan niiden ajoaineet käytetään viimeiseen pisaraan.
Kolmas lennon testi koski ajoaineita, siis nestehappea ja -metaania. Niitä siirrettiin Starshipin päätankeista nokkatankkeihin ja takaisin. Aluksessa on siis aivan nokassa kaksi pienempää tankkia, joiden avulla aluksen massakeskipistettä voidaan pitää keskellä laskeutumisen aikana.
Testi, joka onnistui, oli tärkeä myös siksi, että kryogeenisten polttoaineiden siirtämisestä avaruudessa ei ole juurikaan kokemusta. Happi ja metaani ovat erittäin kylmiä, ja niiden säilytys ja siirtäminen on vaikeampaa kuin lämpimämpien ajoaineiden. Kun Starshipeillä mennään myöhemmin Kuuhun, pitää ne tankata avaruudessa, ja siksi tämä tankkitemppu oli merkittävä.
SpaceX käytti tätä lentoa myös testatakseen tiedon siirtämistä raketista Starlink-satelliittien avulla. Se onnistui erinomaisesti: kuvat avaruudesta olivat todella hienoja, ja yhteys toimi lähes koko ajan. Kuvien lisäksi lähetettiin telemetriatietoja. Se, että satelliittiverkkoa voidaan käyttää myös tähän, helpottaa huomattavasti toimia, koska laajaa maa-asemaverkkoa ei enää tarvita.
Kuvissa näkyi myös se, että aluksesta irtosi osia. Ne olivat kenties lämpökilven palasia. Erityisen paljon niitä irtosi, kun alus oli iskeytymässä ilmakehään. Kuvat paljastivat myös sen, että alus ei pyörimisensä vuoksi osunut ilmakehään nätisti maha edellä.
Kun laukaisusta oli kulunut noin 45 minuuttia ja alus oli tulossa alaspäin noin sadan kilometrin korkeudessa, alkoi siellä ylhäällä oleva harva kaasu alkaa vaikuttaa alukseen. Vakaajan viereen ilmestyi heikko hohde, joka oli merkki siitä, että ilma alkoi muuttua plasmaksi, kuumaksi sähköisesti varatuksi kaasuksi.
Ilmanvastus sai pyörimisen hieman rauhoittumaan, mutta nähtävästi peräpuoli aluksesta sai selvästi enemmän kuumennusta kuin oli aikomus.
Koskaan aikaisemmin ei kuumennusta ilmakehässä ole nähty näin hienosti ja selvästi. Starlinkit onnistuivat pitämään yllä yhteyttä hyvin pitkään; normaalisti plasma häiritsee radiosignaalia niin paljon, että yhteys katkeaa muutamaksi minuutiksi vähintään. Voi olla, että Starshipin suuri koko auttoi myös tässä, sillä signaali pääsee ylös satelliitteihin ikään kuin aluksen ilmakehään raivaaman aukon kautta.
Nyt tätä ei pystytty vielä näkemään, sillä emme tiedä, johtuiko yhteyden katkeaminen itse asiassa siitä, että alus tuhoutui kuumennuksessa. Yhteys nimittäin ei koskaan palautunut. Viimeinen signaali aluksesta saatiin kohdassa 49 minuuttia laukaisun jälkeen, jolloin alus oli noin 65 kilometrin korkeudessa.
Oliko lento onnistunut vai ei?
Lento ei sujunut kuten SpaceX oli kaavaillut, mutta yhtiön periaate on kurottaa pitkälle ja olla tyytyväinen, vaikka ihan kaikkea ei saavutettaisikaan. Kuten nyt.
Vaikka kumpikin alus tuhoutui lopuksi, oli lento menestys ja iso askel eteenpäin kohti Starshipien saamista käyttöön. Ja kuten mainitsin jo aikaisemmin, jos kyseessä olisi ollut perinteinen kantoraketti, niin tämä olisi ollut jo toinen onnistunut lento.
SpaceX:n päämäärä on kauempana, ja sen yksi tavoite on saavuttaa myös Starshipien valmistamisessa ja lennättämisessä rutiini. Elon Musk on todennut, että Starshipin saamiseen käyttökuntoon menee kenties viisikin lentoa. Tämä oli kolmas, ja lento onnistui jo lähes.
Kiinnostavaa on myös se, että SpaceX:n mukaan yhden Starship-kokonaisuuden, siis boosterin ja avaruusaluksen, valmistaminen ja laukaiseminen maksaa nykyisin noin 100 miljoonaa dollaria. Tuolla hinnalla niitä kannattaisi laukaista myös kertakäyttöisinä, sillä esimerkiksi tulevan eurooppalaisraketti Ariane 6:n isoimman version laukaisu maksaa jotakuinkin saman verran. Itse asiassa hieman enemmän.
Suorituskyvyssä ero rakettien välillä on hurja: Ariane on joka tapauksessa kertakäyttöinen, ja se pystyy nostamaan maksimissaan noin 21 tonnia matalalle kiertoradalle, kun lähtökohtaisesti uudelleenkäytettävä Starship pystyy nostamaan vähintään 150 tonnia ja sen rahtitila on paljon suurempi. Starship voisi nostaa Ariane 6:n osina avaruuteen.
SpaceX:n tapauksessa näitä alusten tuhoutumisia miettiessä kannattaa myös muistaa se, miten Falcon 9:n ensimmäisten vaiheiden laskeutumiset aluksi menivät monen monta kertaa enemmän tai vähemmän pieleen, mutta nyt ne toimivat hyvin luotettavasti. Ne ovat tehneet jo yli 275 onnistunutta lentoa ja laskeutumista, ja näistä parisataa on mennyt peräjälkeen jo ilman yhtään epäonnista laskeutumista välissä. Se on huima saavutus.
Kaikki viittaa siihen, että Starshipin kanssa käy samoin: lento lennolta epäkohtia karsitaan pois ja kuten nytkin, joka kerralla päästään pitemmälle.
Yhtiöllä on jo valmiina boostereita ja aluksia useampaankin koelentoon, ja aikomuksena on tehdä tänä vuonna vielä kuusi lentoa lisää. Tällä, että lentoja tehdään usein, on myös se hyvä puoli, että raketista, sen lentovalmisteluista ja lennättämisestä saadaan kokemusta. Siitä tulee rutiinia.
Saa nähdä milloin seuraava koelento on, mutta jos tosiaan tänä vuonna on tulossa vielä kuusi lentoa, niin kenties puolentoista kuukauden kuluttua lennetään taas. Siihen, että Starshipit lentävät yhtä normaalisti kuin Falcon 9:t, niin siihen menee varmastikin pari vuotta. Ja silloin ne nousevat taivaalle Teksasin lisäksi Floridasta. SpaceX:n mukaan tulevaisuudessa lentoja voisi olla joka päivä.
Näyttää siltä, että tämän kolmannen koelennon jälkeen ei kannata enää sanoa ”jos Starship toimii”, vaan pohtia milloin se on käytössä.
Tulossa on suuri mullistus avaruustoimintaan, eikä vain SpaceX ole tekemässä sitä. Näitä Starshipin koelentoja katsellessa on hyvä muistaa, että Blue Origin -yhtiön lähes saman kokoinen ja myös uudelleenkäytettävä New Glenn tekee tänä vuonna ensilentonsa.
