Dlaczego SpaceX musiał wyczyścić środową premierę?

SpaceX

27 maja miał być dniem historycznym. Po raz pierwszy od prawie dekady amerykańscy astronauci mieli wystrzelić w kosmos z amerykańskiej rakiety na amerykańskiej ziemi. Ale praktycznie w ostatniej chwili start został wyczyszczony i przełożony na sobotę. A wszystko sprowadzało się do złej pogody, która poprawiła się dziesięć minut po okienku startowym. Niestety dziesięć minut później jest wciąż „za późno" i oto dlaczego.

Start wyszorowany z powodu pogody

Jeśli oglądałeś wczoraj premierę SpaceX, prawdopodobnie wyszedłeś rozczarowany. Niecałe 17 minut przed startem NASA przerwała misję. Przed odpaleniem rakiety załoga bacznie obserwuje pogodę.

W tym czasie pogoda naruszyła trzy warunki startu — naturalna błyskawica, młyny polowe i dołączone kowadło. Młyny polowe są miarą ładunku elektrycznego w atmosferze, a dołączone kowadła wskazują lodowe szczyty chmur związane z burzami.

Gdyby SpaceX i NASA przystąpiły do ​​startu, byłaby realna szansa, że ​​rakieta może wywołać oświetlenie w locie. To byłoby katastrofalne. Ale dziesięć minut po okienku startowym pogoda poprawiła się na tyle, by wystartować. Dziesięć minut może nie wydawać się długimi, ale w nauce rakietowej to wieczność i zdecydowanie za późno.

Nauka o rakietach jest skomplikowana

SpaceX

Istnieje dobry powód, dla którego istnieje stare powiedzenie: „jest mądry, ale nie jest naukowcem od rakiet”. Kiedy chcesz wysłać rakietę na orbitę, musisz określić, dokąd dokładnie leci, ile waży rakieta i jak dużego ciągu potrzebujesz, aby podnieść ten ciężar do miejsca przeznaczenia.

Ale czekaj, jest coś więcej: musisz również uwzględnić ruchome cele. Ponieważ Ziemia obraca się, co oznacza, że ​​nawet jeśli próbowałeś strzelić w puste miejsce w kosmosie, skutecznie porusza się podczas strzelania. A jeśli celujesz w obiekt, który porusza się niezależnie od obrotu Ziemi, jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, która krąży wokół Ziemi, dodaje to kolejny czynnik do twoich obliczeń.

Teraz, gdy masz już wszystko do kwadratu, musisz obliczyć paliwo. Będziesz potrzebować wystarczającej ilości paliwa, aby podnieść swój ciężar (powiedzmy 3,5 miliona funtów) na orbitę, wygrywając walkę z grawitacją, którą zawodzisz za każdym razem, gdy robisz krok. Ale dodanie paliwa do rakiety zwiększa wagę. Musisz więc dodać trochę więcej paliwa, aby uwzględnić wagę swojego paliwa, co zwiększa wagę, co komplikuje wszystko.

Równanie kanonu piłki nożnej

Ostatecznym celem NASA i SpaceX jest wystrzelenie rakiety w możliwie najbardziej efektywny sposób, aby zużywać jak najmniej paliwa. Oznacza to proces przechodzenia z punktu A do punktu B z jak najmniejszą liczbą poprawek kursu. Za każdym razem, gdy rakieta koryguje swój kurs, wymaga to większej ilości paliwa. Z tego powodu starty na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) wymagają „okna natychmiastowego startu”.

„Okno natychmiastowego uruchomienia” oznacza, że ​​musisz uruchomić „T-minus Zero”, nie możesz przejść wcześniej ani później.

Pomyśl o tym w ten sposób: wyobraź sobie, że grasz w grę na lokalnym jarmarku. Masz kanon piłkarski, aw grze postać piłkarza z dziurą pośrodku biegnie bokiem przez pole. Twoim celem jest wystrzelenie piłki przez otwór. Ale nie możesz obrócić swojego kanonu w lewo, w prawo, w górę ani w dół. Możesz strzelać tylko w jednym konkretnym miejscu.

Jak wygrywasz grę? Nie możesz strzelać z piłki, gdy figurka gracza znajduje się w miejscu, w które piłka uderzy. To jest za późno; gracz przejdzie dalej, zanim nadejdzie piłka. Więc musisz strzelać wcześnie. Ale strzelaj za wcześnie lub za późno, a piłka nie trafi.

Teraz wyobraź sobie, że piłkarz znajduje się w odległości 254 mil i porusza się 17 150 mil na godzinę. To ISS, zamierzony cel środy. Jak ujął to administrator NASA Jim Bridenstine, opóźnienie lotu nawet o 90 minut oznacza, że ​​„Międzynarodowa Stacja Kosmiczna nie będzie nigdzie w pobliżu miejsca, w którym powinna być”.

Ale co powiesz na dziesięć minut na pogodę w środę? Cóż, innym problemem jest paliwo.

Zimne paliwo dla wydajności

Jeśli obserwowałeś próbę startu w środę, byłeś świadkiem niezwykłej procedury w porównaniu z wcześniejszymi startami amerykańskich rakiet. W przeszłości astronauci wsiadali do kapsuły po tym, jak zespoły załadowały paliwo do rakiety.

Ale w środę astronauci weszli na pokład kapsuły SpaceX Dragon Crew przed załadowaniem paliwa. SpaceX czeka około pół godziny przed startem, aby załadować paliwo. Jest to nieco kontrowersyjny wybór, ponieważ poruszanie wysoce wybuchowych materiałów pędnych wiąże się z pewnym niebezpieczeństwem wybuchu.

SpaceX używa wyjątkowo zimnego paliwa do napędzania swoich rakiet, a konkretnie ciekłego tlenu utrzymywanego w temperaturze -340 stopni Fahrenheita. Ta niewiarygodnie niska temperatura zwiększa wydajność paliwową rakiety SpaceX. Lepsze zużycie paliwa ułatwia matematykę i obniża koszty startu.

Ten wybór nie jest jednak pozbawiony problemów. Kilka lat temu podczas testów eksplodowała rakieta SpaceX. Po dokładnym zbadaniu SpaceX ustaliło, że seria zdarzeń spowodowała, że ​​zimne paliwo ciekłe zamieniło się w ciało stałe, co z kolei spowodowało eksplozję. Firma rakietowa zastosowała dodatkowe środki, aby zapobiec powtórce.

To pozostawia SpaceX z innym problemem, którego nie może rozwiązać – jak wyjaśniła NASA podczas transmisji startowej, paliwo musi pozostać zimne. Gdy paliwo płynne się nagrzewa, staje się mniej wydajne. Jeśli zrobi się zbyt ciepło, nie będzie w stanie podnieść rakiety na orbitę. Więc rakieta dużo wystrzeliwuje w ciągu pół godziny od załadowania paliwa lub wcale.

Ostatecznie oznacza to, że uruchomienie nie mogło czekać dziesięciu minut. Każda minuta oznacza cieplejsze paliwo i mniejsze osiągi, a obliczenia pozostawiają najmniejszy margines na zapotrzebowanie na paliwo. Zamiast tego SpaceX spróbuje uruchomić ponownie w sobotę, 30 marca, o 15:33 czasu wschodniego. Mam nadzieję, że tym razem pogoda dopisze.