Einfach erklärt: Der zehnte Flug der Starship. Ohne "Chopsticks" zum Greifen der Rakete hat das Raumschiff einen "entscheidenden Sprung" geschafft.

Elon Musk verfolgt immer noch den Traum von einer Marskolonisierung.

Um 8:27 Uhr Ortszeit am 27. August wurde der zehnte integrierte Flugtest des Starships (kurz: "Zehnter Flug") erfolgreich durchgeführt. Der Flugtest war ursprünglich am 25. August geplant, wurde jedoch aufgrund von Störungen im Bodensystem und schlechten Wetterbedingungen um zwei Tage verschoben.

Dieser Flug wurde von der Kombination aus dem zweiten Generation Starship S37 und dem Booster B16 durchgeführt. Neben der Leistungstestung und Zuverlässigkeitsprüfung von Raumschiff und Booster ist einer der wichtigen Aspekte des "Zehnten Flugs" des Starships die Durchführung der Aufgabe der Platzierung von "Starlink-Satellitensimulatoren", die bei einem früheren Startversuch fehlgeschlagen war.

Es ist zu beachten, dass dieser Flug keine Rückgewinnung von Booster und Raumschiff umfasst.

Nach den tatsächlichen Ergebnissen hat der Booster seine Testaufgabe während der Landebrennphase erfolgreich abgeschlossen und im Golf von Mexiko abgesetzt. Alle Aufgaben des zweiten Stufens Raumschiffs, wie die Platzierung von Satellitensimulatoren, das Anzünden der Raptor-Triebwerke im Weltraum, der Wiedereintritt in die Atmosphäre und das Absetzen im Indischen Ozean, wurden erfolgreich abgeschlossen.

Der "Zehnte Flug" war der vierte Flugtest des Starships in diesem Jahr. Die ersten drei Versuche endeten alle im Scheitern, und die Aufgaben waren ziemlich ähnlich. Dies ist ein typisches Merkmal des "schnellen Iterationsverfahrens". Die wiederholten Misserfolge bei bestimmten Aufgaben in den vergangenen Versuchen zeigen jedoch auch die Grenzen dieses Ansatzes - die Identifizierung von Problemen durch reale Startversuche - auf. Darüber hinaus erhöht die wiederholte Testung und Validierung von Aufgaben des gleichen Typs laufend die Startkosten.

Zurzeit kann die Iterationsgeschwindigkeit des Starships die Zeitvoraussagen von Elon Musk, die Menschheit in den Weltraum zu führen, nicht erreichen.

Und voraussetzung für die Bewaffnung mit Menschen ist die Gewährleistung einer hochgradig stabilen und zuverlässigen wiederholbaren Flugfähigkeit. Bevor dies möglich ist, muss zunächst die Fähigkeit zur effektiven Nutzlastplatzierung und Raumschiffrückgewinnung gewährleistet werden.

01 Highlights des "Zehnten Flugs" des Starships: Keine Rückgewinnung des Boosters, Platzierung von "Satelliten" durch das Raumschiff

Der "Zehnte Flug" des Starships soll von der Launch bis zum Absetzen des Raumschiffs S37 im Indischen Ozean ungefähr 1 Stunde und 6 Minuten dauern.

Während des Flugtests wird das Raumschiff S37 die Aufgabe der effektiven Nutzlastplatzierung durchführen - die Freisetzung von "Starlink-Satellitensimulatoren" (die Simulatorsatelliten haben die gleiche Größe wie die nächsten Generation Starlink-Satelliten). Die Simulatorsatelliten werden auf einer suborbitalen Flugbahn fliegen und beim Wiedereintritt in die Atmosphäre verbrennen. Das Raumschiff selbst muss die Zuverlässigkeitsdaten der verbesserten Isolierungs- und Fangkomponenten sammeln, um sich auf die erfolgreiche Rückkehr zum Startplatz bei späteren Flügen vorzubereiten. Nach der Datensammlung setzt es im Indischen Ozean ab.

Animationsdarstellung der Satellitenplatzierung durch das Starship

Der Booster B16 wird hauptsächlich für Fluggrenztests verwendet, einschließlich der Sammlung von echten Leistungsdaten für zukünftige Flugprofile und nicht-standardmäßige Betriebsbedingungen an der Landestrasse in der Nähe des Golfs von Mexiko.

1) Schlüsselaufgaben des Raumschiffs S37:

Orbitaltest:

Platzierung von 8 simulierten Starlink-Satelliten (Aufgabe, die bereits beim "Siebten Flug" geplant war, aber aus verschiedenen Gründen nicht erfolgreich durchgeführt werden konnte)

Geplantes zweites Anzünden der "Raptor"-Triebwerke (Aufgabe, die bereits beim "Siebten Flug" geplant war, um die Zuverlässigkeit der Triebwerke in extremen Umgebungen, wie bei sehr niedrigen Temperaturen und Sauerstoffmangel, zu testen. Andernfalls kann das Triebwerk nicht starten, und es wäre unmöglich, von Mars oder dem Mond zurückzukommen)

Wiedereintritts- und Rückkehrtest:

Entfernung einer großen Anzahl von Hitzeschildplatten, um die Widerstandsfähigkeit der anfälligen Bereiche zu testen und gleichzeitig die Leistung verschiedener metallischer Hitzeschildplatten zu testen (Keramische Hitzeschildplatten sind zerbrechlich und haben hohe Wartungskosten. In Zukunft könnten sie möglicherweise reduziert oder sogar vollständig ersetzt werden)

Validierung der thermischen Leistung und strukturellen Grenzen der funktionellen "Fangverbindungen" am Raumschiff

Validierung der Zuverlässigkeit des optimierten Designs der Kanten der Hitzeschildplatten

Test der strukturellen Grenzen der Heckklappen bei maximaler dynamischer Druckbelastung während des Wiedereintritts

Absetzen im Indischen Ozean

2) Schlüsselaufgaben des Superheavy-Boosters B16:

Keine Rückkehr zum Startplatz und "Fang" (diesmal wurde auch keine "Zweizangen-Raketenfangmanöver" geplant, da der Prozess von Start, Trennung der ersten und zweiten Stufe und Rückgewinnung des Boosters bereits relativ reif ist )

Nach der Stufentrennung wird der Booster zunächst kontrolliert gedreht und dann die Rückkehrboosterbrennung gestartet (Verwendung der Technologie des "Neunten Flugs", um mehr Treibstoff für die Startphase zu reservieren und die Tragfähigkeit zu erhöhen)

Während der Landebrennphase wird ein zentrales Triebwerk aktiv abgeschaltet, um die Ersatzfähigkeit der Reserve-Triebwerke in der mittleren Ringreihe zu testen. Am Ende wird nur mit zwei zentralen Triebwerken ein Schweben über dem Meer erreicht, bevor die Triebwerke abgeschaltet werden und der Booster ins Meer fällt (Validierung der Redundanzdesigns des Triebwerksystems und der Zuverlässigkeit unter nicht-standardmäßigen Betriebsbedingungen. Andernfalls würde der Booster fallen, wenn ein Triebwerk plötzlich ausfällt, was auch der Schlüssel zur wiederholbaren Rückgewinnung ist)

02 Die Starship-Kombination "S37 + B16": Alter Booster + Neues Raumschiff

Das anschaulichste Bild eines Starship-Startes ist das "Zweizangen-Raketenfangmanöver" - der Superheavy-Booster wird während seiner Rückkehr von zwei mechanischen Armen am Startturm gefangen.

Bis jetzt hat SpaceX drei "Zweizangen-Raketenfangmanöver" durchgeführt. Das letzte Mal war beim "Achten Flug" des Starships, als der Booster B15 erfolgreich gefangen wurde. Dieser Booster wurde jedoch nicht im "Zehnten Flug" wiederverwendet.

Für den "Zehnten Flug" des Starships hat SpaceX einen brandneuen Booster B16 eingesetzt (alle 33 Triebwerke sind neu). Der Booster wurde Ende Oktober letzten Jahres zusammengebaut und basierend auf den Daten früherer Flugtests optimiert.

Der B16 wurde im Februar dieses Jahres in einem Tieftemperaturtest getestet und im Juni auf der Starship-Basis in Texas einem vollständigen statischen Zündtest unterzogen (Zündung auf dem Startplatz, Vollastbetrieb für 8 - 12 Sekunden), um den Startzustand eines realen Starts zu simulieren.

Laut offiziellen Angaben ist der Booster B16 mit 33 zweiten Generation Raptor-Triebwerken ausgestattet, von denen jedes einen Startschub von bis zu 230 Tonnen erreichen kann. Die Gesamt-Schubkraft der 33 Triebwerke beträgt über 7500 Tonnen.

Foto des Superheavy-Boosters B16

Im Vergleich zum erfolgreichen und glänzenden "Zweizangen-Raketenfangmanöver" des Superheavy-Boosters verlief die Startmission des Raumschiffs nicht so reibungslos - Die geplante Platzierung von Starlink-Satelliten und das zweite Anzünden der Triebwerke im Weltraum beim "Siebten Flug" konnten aufgrund von Steuerungsverlust und Zerfall des Raumschiffs nicht erfolgreich durchgeführt werden.

Ursprünglich war für den "Zehnten Flug" die Kombination S36 + B16 geplant, aber das Raumschiff S36 wurde am 18. Juni beschädigt, als es beim Tanken von Treibstoff einen Ausfall hatte.

Nach dem Scheitern des Tests des Raumschiffs S36 hat SpaceX die Kombination für den "Zehnten Flug" des Starships auf S37 + B16 geändert. Das Raumschiff S37 wurde am 23. August mit "simulierten Starlink-Satelliten" beladen und mit dem Booster B16 gestapelt.

Wie Sie sehen, verlangsamen diese häufigen Probleme die Iterationsgeschwindigkeit des Starships, so dass Elon Musks Versprechen, "in den nächsten drei Starts alle drei bis vier Wochen einen Start durchzuführen", vorerst nicht eingehalten werden kann.

Einige Fachleute meinen, dass die häufigen Explosionen des Raumschiffs darauf zurückzuführen sind, dass SpaceX das Problem der "Trennung - Einflug in die Umlaufbahn" der zweiten Stufe, also des Raumschiffs, nicht gelöst hat - Nach der Trennung der beiden Raketenstufen tritt die Rakete in die Hyperschallflugphase ein. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Rakete noch in der Atmosphäre, wo sie einem großen aerodynamischen Druck ausgesetzt ist, was zu Vibrationen führen kann. Dies kann wiederum zur Beschädigung von Treibstoffleitungen, dem Bruch von Schrauben usw. führen.

Normalerweise würde man diesen Prozess auf einer Boden-Vibrationsplattform simulieren, um die Risikopunkte zu finden und Lösungen zu entwickeln. Da die zweite Stufe des Starships jedoch zu groß ist, gibt es keine Vibrationsplattform, die diese belastet werden kann. Daher muss man es einfach ausprobieren, und jetzt ist es schon der 10. Versuch. Tatsächlich hat sich gezeigt, dass es kein Glück gibt. Daher bleibt die Frage, ob man zurückgehen und eine Vibrationsplattform bauen soll.

Die Starship-Kombination S37 + B16

Abschließend noch etwas über die Größe des Starships. Der gesamte Starship-Kombination ist 123 Meter hoch und hat einen Durchmesser von 9 Metern. Er ist wie ein rostfreier Stahl "Riese". Seine effektive Nutzlastkapazität beträgt 100 - 150 Tonnen. Der Booster ist 71 Meter hoch und hat ein Treibstoffvolumen von 3400 Tonnen. Laut offiziellen Schätzungen kann das Starship-Raumschiff bis zu 100 Personen für lange interstellare Reisen befördern, sowie Satellitenstart, Aufbau von Mondbasen und punkt-zu-punkt-Flugtransporte auf der Erde ermöglichen.

03 Der glänzende Booster und das problembehaftete Raumschiff

Beim "Neunten Flug" wurde die Kombination B14.2 + S35 verwendet, aber die Aufgabe des Absetzens der Rakete konnte nicht abgeschlossen werden, und das Raumschiff explodierte und zerfiel.

Die offizielle Untersuchungsbericht von SpaceX zeigt, dass die Flugstörungen des Boosters hauptsächlich in der Abstiegsphase nach der Landebrennphase auftraten. In dieser Phase wurde ein viel größerer Anstellwinkel als bei früheren Flugmissionen verwendet, mit einem maximalen Anstellwinkel von etwa 17 Grad. Dieser Flugtest zielte darauf ab, Daten zu sammeln, um die Leistungsgrenzen des Boosters zu untersuchen.

Schematische Darstellung des Anstellwinkels, der Winkel zwischen der Chord Line und dem Relative Wind

Das bedeutet, dass durch aerodynamische Bremsung der Treibstoffverbrauch der Triebwerke reduziert wird, und gleichzeitig werden Daten gesammelt, um zukünftige Designs zu optimieren.

Als der Booster das geplante Absetzgebiet erreichte, mussten 13 Triebwerke nach Plan neu gestartet werden, um die Landebrennphase durchzuführen. Tatsächlich konnten nur 12 Triebwerke neu gestartet werden. Anschließend wurde eine starke Energiefreisetzung in der Nähe des Boosterendes beobachtet.

SpaceX vermutet, dass der Grund möglicherweise darin liegt, dass der hohe Anstellwinkel den Booster einem höheren Druck als erwartet aussetzte, was zur Funktionsstörung der Treibstoffstruktur führte. Die Mischung von Methan und flüssigem Sauerstoff führte dann zum Feuer und zur Explosion des Boosters S14.2.

SpaceX hat eine relativ direkte Lösung für dieses Problem. Da der hohe Anstellwinkel nicht funktioniert, wird er etwas verringert, um die Wahrscheinlichkeit einer strukturellen Funktionsstörung so weit wie möglich zu verringern.

Wir haben auch erwähnt, dass der Booster aufgrund mehrerer erfolgreicher "Zweizangen-Raketenfangmanöver" relativ glänzend und erfolgreich erscheint, aber das Raumschiff hat viele Probleme. In den Dokumenten, die SpaceX der FFC bei dem "Achten Flug" übermittelt hat, wurde damals angegeben, dass, wenn die Mission erfolgreich wäre, beim "Neunten Flug" das Rückgewinnungssystem des Raumschiffs getestet werden würde. Aber wie man sieht, wird erst beim "Zehnten Flug" die thermische und strukturelle Leistung der funktionellen "Fangverbindungen" getestet.

Beim "Neunten Flug" des Raumschiffs S35 konnte die Platzierung von simulierten Starship-Satelliten nicht durchgeführt werden. Die offizielle Erklärung ist, dass nach dem Abschalten der zweiten Stufe-Triebwerke der hohe Druck in der Nase des Raumschiffs und die geplante Entlüftung der Nase zusammen eine starke Attitudeabweichung verursachten, so dass das Raumschiff die Aufgabe der effekt