Popular Mechanics zamieścił ciekawy artykuł o Elonie Musku, SpaceX i planach rakiet wielokrotnego użycia. Dla mniej znających język angielski lub zbyt niecierpliwych by czytać cały artykuł stworzyłem małe podsumowanie (wraz z moimi komentarzami, ale to nieuniknione):
SpaceX naprawdę chce wyprodukować rakiety wielokrotnego użytku, ale podchodzi do tego problemu w zupełnie inny sposób niż wcześniejsze próby. Ostatnią, nieudaną próbą rakiety wielokrotnego użytku był prom kosmiczny. Jak wszyscy pewnie pamiętają prom był tylko częściowo wielokrotnego użytku (wielki, pomarańczowy zbiornik się niestety spalał przy każdym starcie) a do tego każdy lot wymagał co najmniej pół roku ciężkiej pracy tysięcy ludzi = kosztowało to majątek. Do tego stosunek masy promu do jego ładowności był bardzo niekorzystny.
SpaceX planuje to zmienić. Przede wszystkim przez pozbycie się skrzydeł. Skrzydła przydają się w sytuacji gdy miejsce do lądowania znajduje się nie na ścieżce orbity z której będzie następowało lądowanie. Prom kosmiczny miał duże skrzydła tylko dlatego że USAF zażądało by prom był w stanie wylądować po wykonaniu jednej polarnej orbity (np. po dowiezieniu na orbitę satelity szpiegowskiego zaglądającego rosjanom do garnków). Żeby było to możliwe, prom musiał dać radę wylądować o ponad 2000 kilometrów od ścieżki orbity z której lądował (bo o tyle przesunęła się pod nim ziemia w czasie kiedy ją oblatywał). SpaceX nie ma takich wymagań. W związku z czym drugi stopień rakiety będzie lądował dopiero wtedy, gdy ścieżka orbity przechodzić będzie nad miejscem w którym ma wylądować.
Drugą zmianą będzie sposób hamowania. Prom kosmiczny używa silników manewrowych do niewielkiego wytracenia prędkości, a resztę hamowania odbywa w atmosferze. Jeżeli nie liczymy się z kosztami, to jest to idealne rozwiązanie. Niestety jest ono także dość niebezpieczne – energia wydzielająca się przy hamowaniu jest olbrzymia i nawet drobne problemy z osłoną termiczną mogą się bardzo źle skończyć (co niestety tragicznie udowodnił prom kosmiczny Columbia). SpaceX planuje robić to trochę inaczej – przede wszystkim korzystać znacznie bardziej z aktywnego hamowania silnikami, dzięki czemu wejście w atmosferę będzie ze znacznie niższą prędkością i obciążenia termiczne będą mniejsze. Oznacza to że drugi stopień rakiety musi mieć odpowiednią ilość paliwa na wykonanie takiego manewru, co zmniejsza efektywną masę ładunku jaki rakieta może wynieść na orbitę. Z drugiej strony lżejsza osłona termiczna zwiększa efektywną masę ładunku. Konstruktorzy SpaceX pracują nad znalezieniem idealnego (z punktu widzenia kosztów) balansu tych dwóch zmiennych. Drugi stopień rakiety w zamierzeniach SpaceX ma latać raz dziennie.
Największy problem był z pierwszym stopniem. Obecnie rozpędza się on do prędkości Mach 10 – przy tej prędkości niezbędne są osłony termiczne przy wchodzeniu w atmosferę, co znacznie zwiększyłoby masę pierwszego stopnia. Do tego odległość jaką musiałby przelecieć spowrotem do miejsca startu byłaby tak duża, że całe rozwiązanie nie miałoby sensu z ekonomicznego punktu widzenia (taniej było oblecieć ziemię wokół, ale wtedy pojawiał się problem ścieżki orbity i miejsca do lądowania). W związku z czym SpaceX planuje dość radykalne rozwiązanie – skrócenie czasu w którym pierwszy stopień napędza rakietę. Zamiast Mach 10, będzie Mach 6. Dzięki temu nie potrzebne są kosztowne osłony termiczne a pierwszy stopień może zabrać wystarczającą ilość paliwa na wyhamowanie do zera, zawrócenie, rozpędzenie się znowu do Mach 6, ponowne wyhamowanie i wylądowanie na platformie z której wystartował. Oczywiście zmniejsza to drastycznie ładowność rakiety, bo to czego nie zrobił pierwszy stopień musi dokonać drugi stopień.
Elon twierdzi że konstruktorzy SpaceX są w stanie zaprojektować nową rakietę wielokrotnego użytku której ładowność byłaby tylko o 40% mniejsza niż obecnego Falcona 9. Ale koszt wystrzelenia takiej rakiety byłby ponad 100 razy mniejszy niż obecnie (ciekły tlen i kerozyna są śmiesznie tanie w porównaniu z silnikami rakietowymi). Oznaczałoby to koszty rzędu $20 za kilogram ładunku dostarczonego na orbitę (obecnie koszt wyniesienia 1 kg na orbitę to ponad $2000). Niestety ta liczba wymaga kilku-kilkunastu startów dziennie, co jest nierealne – obecnie nie ma światowego rynku na tak częste starty rakiet. Zakładając że SpaceX wykosi konkurencję i zgarnie większość ładunków wystrzeliwanych obecnie komercyjnie przez Chińczyków, Rosjan i ESA, nowa rakieta startowała by raz w tygodniu a koszt wyniesienia kilograma ładunku na orbitę powinien się zmniejszyć do około $1000 – to znacznie taniej niż oferuje konkurencja. A zakładając że dojdą do tego orbitalne loty turystyczne i rakiety będą startować przynajmniej raz dziennie, to koszt ma szansę spaść do $200 za kilogram.
Czyli podsumowując – jest szansa że turystyczne loty w kosmos staną się relatywnie tanie jeszcze za naszego życia, ale nadal trzeba się odchudzać bo każdy kg może być kiedyś warty dodatkowe $200!
