Jak już wiele razy pisałem, firma Firefly Aerospace buduje dla (czy w współpracy z) Northrop Grumman nową rakietę – następcę Antaresa która obecnie znana jest tylko jako MLV (Medium Launch Vehicle) lub Antares 330. Rakiety będą miały wspólny pierwszy stopień, jednak drug stopień w przypadku Antaresa to Castor 30 XL – silnik na paliwo stałe, podczas gdy wersja Firefly dostanie drugi stopień używający kerozyny / LOX.
Pierwszy stopień ma siedem silników Miranda i też używa kerozyny / LOX. I w sumie nie było by nic ciekawego w całej tej rakiecie, gdyby nie najnowsze doniesienia ArsTechnica. Okazuje się że pierwszy stopień będzie wielokrotnego użycia i że będzie wracał na platformę startową. Firefly była ostatnią firmą która do tej pory nie planowała jakiegoś wielokrotnego użycia czegoś. Tak, pewnie się tu pytacie – a co z ULA? Okazuje się że Vulcan od początku jest tak zaprojektowany że daje się odpiąć część silnikową a ULA planuje w nieokreślonym (ale bliskim!) czasie testy większej nadmuchiwanej osłony termicznej – takiej która była by wystarczająca do wyhamowania sekcji silnikowej z hipersonicznych prędkości a następnie działała by jak tratwa ratunkowa po wylądowaniu (na spadochronach) na wodzie.
Firefly powtarza słowa Elona – że utrzymywanie flotylli statków i barek niezbędnych do łapania boosterów jest kosztowne i że taniej jest wrócić rakietą na platformę startową. Ciekawe kiedy zauważą że jak już się wraca na platformę startową, to po co ciągnąć za sobą jakieś nogi do lądowania…
I w ten sposób mamy następujące plany odzysków:
- Starshipowy – pierwszy stopień bez nóg i ląduje na platformie łapany w „pałeczki”, drugi hamuje aerodynamicznie w atmosferze i także ląduje na platformie łapany w „pałeczki”. Osłony ładunku są integralną częścią drugiego stopnia i wracają z nim na Ziemię.
- Stoke Spaceowy – pierwszy stopień ma nogi więc może lądować gdzie chce, drugi stopień używa silnika aerospike będącego jednocześnie osłoną termiczną rakiety wykorzystując część energii z atmosferycznego hamowania do produkcji ciągu. Osłony ładunku są integralną częścią drugiego stopnia i wracają z nim na Ziemię.
- Neutronowy – pierwszy stopień ma nogi i może lądować gdzie chce. Drugi stopień jest jednorazowy. Osłony ładunku – tu ciekawostka – są integralną częścią pierwszego stopnia i wracają z nim na Ziemię.
- MLVowy – niewiele o nim wiemy poza tym że pierwszy stopień będzie wracał na platformę startową a drugi będzie jednorazowego użytku. Nie wiadomo co z osłonami ładunku
- New Glennowy – pierwszy stopień ma nogi i ląduje na barkach. Drugi jest jednorazowy. Osłony ładunku będą wchodziły w atmosferę, używały spadochronów do zmniejszenia prędkości i lądowały na oceanie gdzie będą wyławiane.
- Falconowy – pierwszy stopień ma nogi i czasem ląduje na barce a czasem wraca na platformę. Drugi stopień jednorazowy. Osłony ładunku wchodzą w atmosferę, używają spadochronów do zmniejszenia prędkości i lądują na oceanie skąd są wyławiane. Czasem SpaceX poświęci pierwszy stopień (wszystkie misje FH i niektóre F9)
- Electronowy – pierwszy stopień ma spadochron i woduje. Jest wyławiany z wody i w przyszłości ma być ponownie używany.
- Vulcanowy – część silnikowa pierwszego stopnia odczepia się od zbiorników, otwiera nadmuchiwaną osłonę termiczną i wchodzi w atmosferę. Potem wypuszcza spadochrony zmniejszające prędkość by w końcu wpaść do oceanu skąd będzie wyławiana.
Mam nadzieję że niczego nie pominąłem? Wygląda na to że idea montowania skrzydeł i podwozia do pierwszego stopnia i lądowania w poziomie nie jest już brana pod uwagę. Większość firm preferuje rozwiązanie które zapoczątkował SpaceX z F9 – czyli ładowanie na nogach z użyciem silników. Wyłamuje się tutaj tylko Electron i Vulcan a SuperHeavy pewnie stworzy nowy standard.
Także w wypadku drugiego stopnia poziome lądowanie wydaje się nie mieć sensu ekonomicznego – tak, istnieje Dream Chaser, ale to nie drugi stopień ale „ładunek” albo „statek kosmiczny” i tu ważniejsze było dostarczanie próbek z ISS w sposób ograniczający maksymalne przeciążenia niż odzysk. W końcu zarówno Dragon jak i Starliner są wielokrotnego użycia bez potrzeby skrzydeł. Skrzydła Starship trudno uznać za powierzchnie nośne – ich zadaniem nie jest szybowanie a jedynie kontrolowanie pozycji pojazdu w czasie przechodzenia przez atmosferę. Starship ląduje pionowo na silnikach. Czyli rozwiązanie zapoczątkowane przez prom kosmiczny było ślepą uliczką.
Jak wielokrotnie pisałem bardzo ciekawa wydaje mi się idea Stoke Space, choć jednocześnie jest ona bardziej radykalna niż Starship co nie wróży jej szans na powodzenie. Poza tym drugi stopień rakiety którą projektuje firma będzie musiał być relatywnie ciężki, co pewnie będzie bardzo ograniczało efektywny udźwig / wymagało rakiety klasy Starship/Superheavy. Dlaczego? Metalowe osłony termiczne były testowane na początku lotów w kosmos. Muszą być one na tyle ciężkie by wchłonąć całą energię jaka promieniuje do pojazdu w czasie wejścia w atmosferę bez przekroczenia temperatury mięknięcia metalu. A to są spore energie – rzędu 1 MW/m2 przez kilka minut. Oczywiście w Stoke Space znacząca część tej energii ma iść w podgrzewanie ciekłego wodoru i tlenu który potem będzie zasilał silniki hamujące kapsułę = znacząco zmniejszające energię jaka się wytwarza i jaką absorbuje pojazd. Znalezienie idealnego rozkładu masy – jak ciężka musi być ta osłona vs. jak dużo paliwa i utleniacza użyjemy na chłodzenie a jednocześnie hamowanie w atmosferze to raczej trudne zadanie bo wszelkie te zależności są silnie nieliniowe. Jednak można spokojnie założyć że im cieńsza osłona tym więcej ciekłego tlenu i wodoru trzeba ze sobą zabrać na chłodzenie rakiety. A zarówno paliwo i utleniacz do lądowania jak i masa osłony to czynniki limitujące udźwig rakiety. SpaceX początkowo miał nadzieję że też da się aktywnie chłodzić Starship, ale szybko się okazało że „taniej” (w sensie masy) jest obłożyć go płytkami ceramicznymi. Podejrzewam że końcowe rozwiązanie Stoke Space będzie także używalo jakichś ceramicznych osłon termicznych by ograniczyć heat flux i dopiero ta energia która się przez taką osłonę przedostanie będzie używana do podgrzewania paliwa i utleniacza.
A na koniec należy przypomnieć że już niedługo zadebiutuje rakieta Ariane 6 gdzie nawet osłon ładunku nie próbuje się odzyskiwać choć to było by pewnie banalne.
