SpaceX pasiruošimas 10-ajam Starship skrydžiui: kelias į atsigavimą

Apžvalga: 10‑asis skrydis ir kelias link atsigavimo

SpaceX tęsia darbus, ruošdamasi 10‑ajam pilno dydžio Starship bandymų skrydžiui, po to kai Federalinė aviacijos administracija (FAA) užbaigė savo tyrimą dėl paskutinio skrydžio metu įvykusio gedimo ir leido įmonei atnaujinti paleidimus pagal esamą licenciją. Bendrovė atliko galutinį variklių patikrinimą — vadinamąjį „spin prime“ testą — savo Starbase bazėje Pietų Teksase ir greitai grąžino raketą į angarą atlikti galutinių apžiūrų, kaitinimo skydo pataisų ir kitų priešskrydinių darbų. kaip ankstyviausią galimą datas SpaceX nurodė ne anksčiau nei sekmadienį, rugpjūčio 24 d., 18:30 vietos laiku Teksase (23:30 UTC) planuojamą bandymą.

Bandymas vėl naudos pilną Starship kompleksą: Super Heavy pirmąją pakopą su 33 metanu varomais Raptor varikliais ir viršutinę pakopą, vadinamą Starship, kurią varo šeši Raptor varikliai. Visa sistema yra maždaug 403 pėdų (123 metrų) aukščio ir atspindi SpaceX pagrindinę architektūrą siekiant greito pakartotino naudojimo, sunkiasvorio kėlimo galimybių bei būsimiems misijoms į Mėnulį, Marsą ir didesnėms orbitinėms struktūroms, pavyzdžiui, Starlink konstelacijoms.

Šis skrydis bus stebimas itin atidžiai reguliuotojų, NASA ir visos kosminių skrydžių bendruomenės, nes jis rengiami po sezono, pažymėto pasikartojančiais nesklandumais. Nors 2024 m. Starship užfiksavo keletą ryškių laimėjimų — įskaitant kelis skrydžius ir pirmą tokio dydžio Super Heavy sulaikymą prie pakylos — 2025 m. pradžioje pasirodė įskrydžio anomalijos ir sprogdinimo testas žemėje. 10‑asis skrydis siekia užbaigti atvirus techninius klausimus ir surinkti esminius duomenis apie įėjimą į atmosferą bei krovinio dislokaciją, kurie reikalingi ateities etapai, pavyzdžiui, orbitinis papildymas, viršutinės pakopos atgavimo procedūros ir žmogui skirtos mėnulio nusileidimo sistemos sertifikavimas.

FAA uždarymas ir tyrimo išvados

FAA pranešė, kad ji „prižiūrėjo ir priėmė SpaceX vadovaujamos tyrimo išvadas“ dėl gegužės mėn. metu skrydžio metu prarastos pakopos. Agentūros galutiniame gedimo pranešime pagrindine tikėtina priežastimi nurodytas „kuro komponento gedimas“ ir, peržiūrėjusi taisomuosius veiksmus, FAA leido SpaceX tęsti 10‑ojo skrydžio procedūras pagal esamą licenciją.

SpaceX viešai identifikavo defektuotą slėgio difuzorių prie pagrindinio metano bako priekinės kupolo kaip tikėtiną gegužės gedimo šaltinį. Jau kelias minutes po pakilimo jutikliai užfiksavo slėgio kritimą pagrindiniame metano bake ir neįprastą slėgio padidėjimą nosies kėbulo dalyje virš bako. Transporto priemonė bandė kompensuoti slėgio nuostolį tęsdama pagrindinių variklių degimą, tačiau iš nosies sekęs ventiliavimas ir didėjęs kuro nutekėjimas galiausiai sutrikdė valdymo sistemą. Automatinė saugos programinė įranga tuomet pavedė viršutinei pakopai išleisti likusį propeliantą ir „pasivizuoti“ — aktyviai padaryti įrenginį inertiniu — prieš neišvengiamą nenuvestą sugrįžimą virš Indijos vandenyno, kuris per anksti baigė misiją.

Inžinieriams pavyko atkurti difuzoriaus gedimą ant žemės vykdant bandymus, kas paskatino dizaino pakeitimą, siekiant efektyviau nukreipti slėginį dujų paskirstymą į pagrindinį kuro baką ir žymiai sumažinti difuzoriaus struktūrinį perkrovimą. FAA peržiūrėjo SpaceX įgytas taisomąsias priemones ir pripažino rezultatus pakankamais leidžiant grįžti prie skrydžių.

Žemės bandymo sprogimas ir aparatūros pataisos

Prieš planuojant 10‑ąjį skrydį, birželio 18 d. įvykęs atskiras incidentas sunaikino Ship 36, kai įrenginys plyšo kraunant kriogeninį propolentą prieš variklių bandymą. Transporto priemonė išsiskleidė ant bandymo stovėjimo Starbase vietoje, pakenkdama infrastruktūrai ir privertusi pradėti daugiapusiai slėginių talpų ir žemės operacijų peržiūrą. SpaceX nurodė birželio įvykį kaip kompozitinės apsuktos slėginės talpos (COPV) — aukšto slėgio azoto bako, laikomo krovinio skyriuje — gedimą, kuri įtrūko smarkiai ir smarkiai sprogdinančiai išsiskleidė.

Atsakydama į incidentą, SpaceX įdiegė keletą mitigacijų: sumažino COPV veikimo slėgius būsimuose skrydžiuose, padidino apžiūrų ir bandymų dažnį, griežtino priėmimo kriterijus ir įvedė aparatūros pakeitimą, skirtą pašalinti gedimo režimą. Įmonė taip pat perdarė likusią aktyvią pakylą, kad ji priimtų kitą eilėje esantį laivą, Ship 37, ir rugpjūčio 1 d. atliko trumpą visų šešių viršutinės pakopos Raptor variklių uždegimą kaip dalį priešskrydinių patikrinimų.

Techninė diagnozė: difuzorius, COPV ir kuro perdavimo pažeidžiamumai

Iš pastarųjų incidentų iškilo du atskiri techniniai problemų klasteriai: slėginio difuzoriaus gedimas, susijęs su pagrindiniu metano baku, ir struktūrinis pažeidžiamumas COPV, naudojamo bako pressurizacijai. Šių posistemų supratimas yra svarbus, nes jie yra kertiniai kuro valdymo ir stabilumo užtikrinimo elementai.

• Slėginio difuzoriaus problema: Skystųjų variklių raketų bakai turi palaikyti teigiamą slėgį, kad propolentai nuosekliai patektų į variklius. Slėginimo sistemos naudoja inertines dujas (dažnai azotą) slėgiui palaikyti. Difuzorius padeda paskirstyti pressurantą į baką be vietinių apkrovų. Kai SpaceX aptiko difuzoriaus gedimą metano bako priekinėje kupole, susidarė slėgio disbalansas, sukėlęs netikėtą ventiliaciją ir palaipsnį kuro nutekėjimą, dėl ko buvo sutrikdytas transporto priemonės valdymas.
• COPV patikimumas: COPV yra lengvos kompozitinės konstrukcijos slėginės talpos, skirtos laikyti aukšto slėgio dujas. Jos plačiai naudojamos aviacijoje ir kosmose, bet reikalauja griežtų gamybos ir priėmimo bandymų, nes medžiagų defektai ar pažeidimai gali sukelti katastrofinius plyšimus. SpaceX tyrimai parodė, kad Ship 36 COPV greičiausiai patyrė pažeidimą, kuris lėmė gedimą propolento pripildymo metu. Veiksmai, tokie kaip veikimo slėgio mažinimas ir griežtesni bandymai, turėtų pašalinti šią riziką trumpalaikiuose skrydžiuose.

Šių dviejų problemų derinys — slėginimo sistemos ir slėginių talpų vientisumo pažeidžiamumas — parodo, kad dujų valdymas ir vidiniai jungimai yra tokie pat misijos kritiški kaip varikliai ar kaitinimo skydai. Taisymo sprendimai abiejose srityse yra esminiai, norint grįžti prie patikimų ir pakartotinai kartojamų bandymų skrydžių.

Misijos uždaviniai 10‑ajam skrydžiui

SpaceX nurodė, kad 10‑asis skrydis toliau plečiamas Super Heavy pirmosios pakopos eksploatacinių ribų išbandymo kontekste ir įtrauks kelis planuotus nusileidimo degimo testus. Pagrindiniai uždaviniai apima:

• Kaitinimo skydo ir įėjimo į atmosferą eksperimentai: skrydis surinks duomenis apie kelias skirtingas kaitinimo skydų plytelių medžiagas — tiek keramines, tiek metalines — pritvirtintas prie Starship nerūdijančio plieno korpuso. Kaitinimo skydo veikimas yra esminis, norint padaryti viršutinę pakopą pakartotinai naudojamą; grįžimas nuo orbitinių greičių sukelia didesnius terminės apkrovos reikalavimus nei pirmos pakopos sugrįžimas. Inžinieriai siekia nustatyti, kurios plytelių medžiagos ir pritvirtinimo metodai išgyvena įėjimą ir nesukelia nepriimtinų „karštų vietų“.
• Krovinių išdėstymo repeticija: misija turėtų mėginti paleisti erdvėlaivių simuliacijas, imituojančias naujos kartos Starlink palydovus. Ankstesniuose skrydžiuose taip pat buvo planuoti panašūs kroviniai, tačiau ankstyvesni incidentai trukdė išdėstymo bandymams.
• Pirmosios pakopos nusileidimo eksperimentai: vietoj to, kad būtų mėginama sulaikyti pakopą prie Starbase pakylos, Super Heavy pirmoji pakopa sieks kontroliuojamo nusileidimo į Meksikos įlanką. Tai leis SpaceX eksperimentuoti su skirtingais variklių deriniais ir droselio strategijomis galutinio nusileidimo metu, įskaitant atsarginius scenarijus, skirtus mažinti pasekmes, jei vienas iš pagrindinių nusileidimo variklių neveiktų.
• Skrydžio ribų plėtra: inžinieriai taikys kaitaliojančias skrydžio sąlygas pirmajai pakopai — tačiau pagal peržiūrėtas saugos ribas — siekdami suprasti struktūrinius limitus ir skysčių dinamika nusileidimo metu. Ankstesniuose skrydžiuose taikyti statytesni pasvirimo kampai sukėlė papildomas apkrovas vidaus sistemoms ir galėjo prisidėti prie struktūrinių pažeidimų; šie eksploatacijos parametrai dabar yra pakoreguoti.

Šių duomenų rinkinys padės formuoti kitą Starship konfigūraciją, dažnai vadinamą Version 3 (Block 3), kuri bus aukštesnė ir turės nuoseklias Raptor variklių bei posistemų patobulinimus.

Kaitinimo skydo klausimas, pakartotinis naudojimas ir kelias į orbitines operacijas

Vienas iš programos kertinių inžinerinių iššūkių — sukurti kaitinimo skydą, galintį išgyventi atmosferos įėjimą nuo orbitinių greičių. Viršutinės pakopos grįžimas sveikai ir vėliau propulsinis arba pakylos sulaikymo atgavimas reikalauja plytelių medžiagų ir jų tvirtinimo metodų, kurie atlaikytų ekstremalų kaitinimą ir mechanines apkrovas hipersoninio nusileidimo metu.

2024 m. Starship pasiekė kelis kontroliuojamus nusileidimus ir net pavyko atgauti Super Heavy pirmąją pakopą prie pakylos — tai parodė greito pakartotinio naudojimo potencialą. Tačiau 2025 m. keletas bandymų pasibaigė anksčiau, nei viršutinė pakopa pabaigė įėjimą, todėl liko spragų žinioje apie kaitinimo skydų ilgaamžiškumą. Ankstesnių skrydžių jutikliai užfiksavo karštas vietas ten, kur plytelės trūko ar buvo pažeistos, ir šie pastebėjimai dabar tapo 10‑ojo skrydžio eksperimento branduoliu.

Pakartotinai naudojama viršutinė pakopa reikštų revoliuciją: ji sumažintų papildomas paleidimo sąnaudas ir leistų įgyvendinti ambicingas misijų schemas, pavyzdžiui, orbitinį papildymą — tai būtina sąlyga dideliems tarpplanetiniams reisams ir Starship vaidmeniui NASA Artemis mėnulio nusileidimo projekte. Kol viršutinė pakopa reguliariai neišsilaiko įėjimo ir nebus atgauta, šios galimybės lieka demonstraciniais tiksliais, o ne kasdieniška praktika.

Programos kontekstas: Starlink, Artemis ir Marso vizija

Starship programa yra strateginė daugeliui misijų. NASA pasirinko Starship kaip Žmogaus nusileidimo sistemą (HLS) Artemis programai, kad sugrąžintų astronautus į Mėnulio paviršių. Žmogui pritaikytas Starship turės atitikti griežtus patikimumo ir saugos standartus; sėkmingi bandymai ir patvirtinti taisomieji veiksmai yra būtini sertifikavimo procese.

Be to, Starship bus kertinė priemonė plečiant SpaceX Starlink plačiajuosčio ryšio palydovų konstelaciją. Dėl didelės krovos talpos Starship galėtų greitai paleisti tūkstančius palydovų, sutrumpinant laiką ir sumažinant kaštus kuriant orbitinę infrastruktūrą. Už Žemės orbitos, įmonės įkūrėjas Elon Musk nuolat sieja Starship su ilgalaike vizija statyti gyvenvietę Marse — planu, kuris priklauso nuo patikrinto pakartotinio naudojimo, orbitinio papildymo ir masinės gamybos.

Vėlavimai siekiant viršutinės pakopos pakartotinio naudojimo ir orbitinio papildymo tempiami į tolimesnę ateitį. SpaceX tikėjosi šias demonstracijas vykdyti 2025 m.; po pastarųjų nesklandumų jos vargu ar įvyks iki kito metų. Kiekvienas laipsniškas bandymas — ir pamokos iš nesėkmių — tiesiogiai įtakoja Block 3 ir tolimesnius etapus.

Ką reikštų sėkmė 10‑ajame skrydyje

Bendrai sėkmingas 10‑asis skrydis nebūtinai reikštų nedelsiamą operacinį pajėgumą, tačiau tai būtų reikšmingas žingsnis sprendžiant tris rizikų kategorijas: pressurizacijos ir vamzdynų patikimumą, COPV vientisumą ir žemės bandymų saugumą bei kaitinimo skydų atsparumą. Sėkmingas krovinio išdėstymo įgyvendinimas ir tvirti duomenys apie sugrįžimą į atmosferą suteiktų inžinieriams konkrečių duomenų medžiagų ir tvirtinimo strategijų patvirtinimui. Valdomų pirmos pakopos nusileidimo režimų demonstravimas pagal atnaujintas sąlygas praplėstų Super Heavy atgavimų metodų arsenalą.

Reguliavimo institucijų suteiktas leidimas ir skaidrus pranešimas apie gedimų analizę taip pat yra svarbūs visuomenės pasitikėjimui ir programos tempui. NASA ir kiti klientai turi matyti apčiuopiamus taisomuosius veiksmus ir pakartojamus bandymo rezultatus prieš patikėdami kritines misijas transporto priemonei, skirtai gabenti įgulą ar vertingą krovinį.

Artimiausias aparatūros ir konfigūracijos planas

SpaceX šiuo metu dirba su dviem likusiais Version 2 (Block 2) vienetais savo inventoriuje prieš pereinant prie Version 3, kuri apims struktūrinius ir variklių atnaujinimus — ypač patobulintus Raptor variklius. Įmonės pareiškimai pabrėžia iteracinį vystymosi modelį: kiekvienas skrydis ir žemės testas duoda pamokas, kurios greitai integruojamos į vėlesnes konstrukcijas. SpaceX teigia, kad su esama karta liko dar du skrydžiai, kiekvienas iš jų skirtas plėsti transporto priemonės galimybių ribas kelyje į visiškai pakartotinai naudojamas raketas.

Artimo laikotarpio operaciniai patobulinimai koncentruojasi į griežtesnius COPV priėmimo bandymus, sumažintus veikimo slėgius, perdarytus pressurizacijos difuzorius ir patobulintas nusileidimo trajektorijas Super Heavy pirmosios pakopos atveju. Visi šie pakeitimai skirti sumažinti vieno taško gedimo tikimybę ir suteikti didesnę atsargą nenumatytoms apkrovoms skrydžio ir nusileidimo metu.

Rizikos ir viešojo saugumo aspektai

Didelės prototipo raketos savaime kelia riziką. Starship bandymų skrydžio trajektorijos kertasi su apgyventais žemyniniais ruožais ir tarptautiniu oro erdve, kaip pasirodė anksčiau, kai nuolaužos nukrito netoli Bahamų ir Turkso ir Kaikoso salų. FAA priežiūra skirta užtikrinti viešąjį saugumą per licencijavimą, aplinkosauginę peržiūrą ir gedimų tyrimus. Agentūros sutikimas su SpaceX tyrimu ir taisomaisiais veiksmais yra svarbus procedūrinis žingsnis leidžiant skrydžių atnaujinimą, tačiau tęstinė skaidrumas ir sėkmingi tolesni skrydžiai bus būtini, kad būtų išlaikytas reguliavimo ir visuomenės pasitikėjimas.

Išvados

SpaceX ruošia 10‑ąjį skrydį, siekdama spręsti pastarųjų inžinerinių nesklandumų seriją per aparatūros pertvarkymus ir operacinius pakeitimus. FAA uždarė tyrimą dėl gegužės mėn. skrydžio gedimo ir leido SpaceX tęsti veiklą pagal esamą licenciją po to, kai įmonė identifikavo sugedusį pressurizacijos difuzorių ir pasiūlė taisomuosius veiksmus. Papildomos mitigacijos buvo įvestos po birželio žemės bandymo COPV plyšimo, kuris sunaikino Ship 36.

10‑asis skrydis sieks surinkti galutinius duomenis apie kaitinimo skydų medžiagas, bandyti krovinio dislokacijos simuliacijas ir išbandyti naujus Super Heavy nusileidimo valdymo režimus. Šie eksperimentai yra būtini žingsniai link viršutinės pakopos pakartotinio naudojimo, orbitinio papildymo demonstracijų ir žmogui skirtų mėnulio misijų pagal Artemis programą. Nors nėra vieno bandymo, kuris patvirtintų visą Starship viziją, sėkmingas 10‑asis skrydis būtų reikšmingas laimėjimas — ne tik SpaceX, bet ir ilgalaikiams didelių, pakartotinai naudojamų paleidimo sistemų bei tolimojo kosmoso tyrinėjimo tikslams.

Keywords: Starship, Super Heavy, Raptor engines, FAA investigation, COPV, heat shield, reusability, Starbase, Starlink, Artemis, orbital refueling, pressurization diffuser, cryogenic propellant, flight test,