Starship SN10 byl už třetí prototyp kosmické lodi SpaceX, který absolvoval testovací let do výšky několika kilometrů. Prototyp SN10 jako první dokázal přistát v jednom kuse, ale dosednutí bylo příliš tvrdé a loď pár minut po přistání vybuchla. Pravděpodobnou příčinu po necelých dvou týdnech objasnil Elon Musk.
Není výbuch jako výbuch
Výbuch SN10 následoval po explozích prototypů SN8 a SN9, jež jsou relevantní pro pochopení problému, který nyní potkal SN10. V případě Starship SN8 se neúspěch dostavil kvůli příliš nízkému tlaku v sekundární palivové nádrži. V té se uchovává metanové palivo určené pro přistávací manévr.
Aby palivo z nádrže proudilo k motorům v dostatečném množství, musí se v nádrži stále uchovávat vysoký tlak. Jak se palivo spotřebovává, jeho objem klesá, a tak se musí najít nějaký způsob, jak tlak udržovat. V případě SN8 byla nádrž tlakována ohřátým plynným metanem, který je do nádrže odváděn od běžících Raptorů (tzv. autogenní tlakování).
Což jednoduše řečeno znamená, že v jedné části nádrže je studený kapalný metan, zbytek je vyplněn průběžně přidávaným teplejším plynným metanem. Ve výsledku by tedy tlak v nádrži měl být stále stejný, což zase zaručuje optimální chod motorů, které pak zajistí tlak v nádrži.
Metanová přistávací nádrž uvnitř hlavní nádrže prototypu Starship SN4
Naproti tomu u raket Falcon jsou nádrže tlakovány heliem, které je uloženo v samostatných nádobách (tzv. COPV). Jak v nádržích ubývá palivo nebo okysličovadlo (tj. kyslík), připouští se do nich helium. Díky tomu se pak udržuje v nádrži konstantní tlak a pohonné látky proudí do motorů, jak je zapotřebí.
Starship tento dodatečný heliový systém nemá, jak jsme viděli. Loď tak vůbec nepotřebuje helium, které by se špatně shánělo na Měsíci nebo na Marsu. Ovšem systém u prvních prototypů evidentně nebyl dobře vyladěný.
U Starship SN8 došlo po zážehu Raptorů před přistáním k poklesu tlaku v metanové nádrži, a tak se do motorů nedostávalo dost metanu. Spalovaná směs byla příliš bohatá na kyslík. V motoru se v důsledku začaly pálit měděné vnitřní komponenty. Jasně to prozradila zelená barva spalin těsně před přistáním.
Přistání Starship SN8. Všimněte si zeleného plamene, který naznačuje, že směs paliva přicházející do motorů nemá správný poměr obou složek. Ve směsi bylo příliš mnoho kyslíku a málo metanu.
Elon Musk po letu uvedl, že pokles tlaku během letu SN8 byl způsoben šploucháním paliva v nádrži, který vedl k „ullage collapse“. V podstatě jde o to, že během přistávacího manévru, zřejmě když se Starship otočila z vodorovné polohy do svislé, došlo k částečnému promíchání studeného metanu s teplejším plynem. Plyn se rychle ochladil, snížil se jeho objem a tedy i tlak v nádrži. Kapalný metan se kvůli tomu dostával do motorů pod příliš nízkým tlakem, a to vedlo k přebytku kyslíku ve spalované směsi.
Co uděláme jinak?
SpaceX tedy muselo před letem SN9 problém s poklesem tlaku nějak řešit. První možností bylo provést velké úpravy autogenního tlakovacího systému metanové nádrže, aby se u Starship SN9 neopakoval problém s nízkým tlakem. Elon Musk tehdy vysvětlil, že tým zvažuje několik možností, jak upravit přistávací nádrž a tlakovací systém, ale že ještě nebylo rozhodnuto, které řešení bude nejlepší a bude mít nejnižší hmotnost.
Přepracování nádrže by ovšem nějakou dobu trvalo. A prototypy Starship by v mezidobí nemohly létat. Toto zdržení nejspíš Elonu Muskovi přišlo nepřípustné, a tak rozhodl, že zatímco bude probíhat úprava systému autogenního tlakování, u Starship SN9 se použije heliový tlakovací systém z Falconů. Díky tomu mohl zkušební let SN9 proběhnout ani ne dva měsíce po letu SN8.
Starship SN9 se také nepodařilo přistát. Tentokrát bylo ovšem příčinou selhání jednoho z motorů Raptor. Loď místo se dvěma motory přistávala s jedním, a to nestačilo. Heliové tlakování přistávací nádrže zřejmě fungovalo správně.
U následujícího prototypu SN10 tedy došlo pouze k úpravám u motorů. Aby se zabránilo tomu, že se jeden z motorů opět nenastartuje, a tím zhatí přistání, Starship SN10 zažehla všechny tři motory. Bohužel ani to nestačilo k tomu, aby přistání proběhlo bez problémů.
Loď sice dokázala přistát, sestup byl však příliš rychlý. Dosedla tak na zem příliš tvrdě (dosedla rychlostí 10 m/s), navíc se správně vyklopily jen tři nohy ze šesti. Došlo k poškození spodku lodi, který chrání motory během návratu atmosférou. Loď byla poškozena a o několik minut později explodovala.
Příprava letu prototypu lodi SN9 společnosti SpaceX
Elon Musk přišel s vysvětlením po několika dnech. V první řadě uvedl, že přistání bylo tak tvrdé, že by nepomohlo, ani kdyby se vyklopily všechny nohy. Na takové namáhání nejsou stavěny. Podle Muska motor pracoval na nižší výkon, než podle pokynů měl. Motor zřejmě dostal pokyn vyvinout maximální tah, ale k tomu nedošlo.
Příčina problému nebyla zprvu jasná. Následná analýza však údajně odhalila, že problém byl znovu se systémem na tlakování nádrží. Motory zřejmě nasály část helia, které mělo zajišťovat, aby nádrže byly dostatečně natlakované.
Musk dodal, že v nádrži sice jsou přepážky („baffles“), které brání šplouchání obsahu nádrže, jedna z nich možná ovšem nefungovala podle plánu. Respektive posloužila obrazně řečeno jako „brčko“ a nasála bubliny z části nádrže nad hranicí mezi plynem a kapalinou. SpaceX údajně podobný problém mělo při jednom z prvních letů Falconu 1.
Nešťastná záplata
Příčinou selhání při přistání Starship SN10 byl tedy heliový tlakovací systém, který byl přidán jen jako dočasné řešení problému s tlakováním metanové nádrže po nezdaru SN8.
Musk dodal, že zpětně rozhodnutí o využití systému z Falconů považuje za chybu. Kdyby prý byla přistávací palivová nádrž u SN10 tlakována plynným metanem jako u SN8, bylo by po problému. Metanové bubliny by zkapalněly, héliové ovšem nezkapalní (to by musela být v nádrži výrazně nižší teplota, prakticky nedosažitelná).
Přetočení prototypu lodi SN9 společnosti SpaceX při testovacím letu 2. února 2021
Nevíme, kde Musk bere jistotu, že u Starship SN10 by nenastal stejný problém jako u SN8, kdy šplouchání paliva způsobilo pokles tlaku při přistání. Možná, že se konstrukce obou nádrží nějak lišila, a Musk se tak mohl domnívat, že na SN10 by k problémům nedošlo.
Co to tedy znamená pro let příštího prototypu Starship SN11? SpaceX podle Elona Muska pracuje na několika blíže neurčených úpravách pro SN11. Dojde také k úpravě sekvence zážehu motorů. Přistávací manévr nově bude prováděn minimálně se dvěma zažehnutými motory. Třetí Raptor bude připraven se zapnout v případě, že některý z motorů nebude fungovat správně.
Z Muskova tweetu ovšem není jasné, jestli zároveň stále platí, že na začátku se zažehnou všechny tři motory a jeden z nich hned zhasne, aby se zajistilo, že alespoň dva naběhnou správně. To bylo původně plánováno už pro let Starship SN10, ale nakonec to proběhlo jinak – zažehly se tři motory, loď se otočila do svislé polohy a následně se dva motory vypnuly.
@TimSweeneyEpic Thrust was low despite being commanded high for reasons unknown at present, hence hard touchdown. We’ve never seen this before.
Next time, min two engines all the way to the ground & restart engine 3 if engine 1 or 2 have issues.
Bude to tedy nyní tak, že se zažehnou tři, jeden se hned vypne a následně přistane se dvěma zapálenými motory? Nebo budou během volného pádu předchlazeny všechny tři Raptory, ale zažehnou se záměrně jen dva a pak pouze v případě, že jeden selže, se dodatečně nastartuje ten třetí?
Zároveň zatím nevíme, jestli bude přistávací metanová nádrž na SN11 stále tlakována heliem. Nebo zda se SpaceX vrátí k původnímu autogennímu tlakování, které má být ve finální verzi lodi.
Průběh testování SN11 a přípravy na start můžete sledovat v našem průběžně aktualizovaném článku. Zatím se zdá, že by let mohl přijít ve čtvrtek 18. nebo v pátek 19. března.
Text vznikl pro server ElonX.cz, který se věnuje podnikatelským aktivitám Elona Muska. Před vydáním byl redakčně upraven. Originál naleznete zde.
