Varför SpaceX var tvungen att skrubba sin lansering i onsdags

SpaceX

Den 27 maj var tänkt att vara en historisk dag. För första gången på nästan ett decennium skulle amerikanska astronauter skjuta upp i rymden från en amerikansk raket på amerikansk mark. Men i praktiskt taget sista minuten skrubbades lanseringen och planerades om till lördag. Och allt kom ner till dåligt väder som klarnade upp tio minuter efter lanseringsfönstret. Tyvärr är tio minuter senare fortfarande "för sent" och här är varför.

En lansering skrubbad på grund av vädret

Om du tittade på SpaceX-lanseringen igår kom du förmodligen ut besviken. Vid knappt 17 minuter till lanseringen avbröt NASA uppdraget. Innan en raket avfyras håller besättningen noga koll på vädret.

Vid den tiden bröt vädret mot tre villkor för uppskjutning – naturliga blixtar, fältkvarnar och det bifogade städet. Fältkvarnar är ett mått på den elektriska laddningen i atmosfären, och påsatta städ indikerar isiga molntoppar förknippade med åskväder.

Hade SpaceX och NASA gått vidare med uppskjutningen hade det funnits en reell chans att raketen kunde utlösa belysning mitt under flygningen. Det skulle ha varit katastrofalt. Men tio minuter efter uppskjutningsfönstret klarnade vädret tillräckligt för att sjösätta. Tio minuter kanske inte verkar så långa, men inom raketvetenskap är det en evighet och alldeles för sent.

Raketvetenskap är komplicerat

SpaceX

Det finns en bra anledning till att det gamla talesättet "han är smart, men han är ingen raketforskare" existerar. När du vill skicka en raket i omloppsbana måste du bestämma exakt vart den är på väg, hur mycket raketen väger och hur mycket kraft du behöver för att lyfta den vikten till dess destination.

Men vänta, det finns mer: du måste också ta hänsyn till rörliga mål. Eftersom jorden roterar vilket betyder att även om du försökte skjuta på en tom plats i rymden, rör den sig effektivt medan du skjuter. Och om du siktar på ett objekt som rör sig oberoende av jordens rotation, som den internationella rymdstationen som kretsar runt jorden, lägger det till ytterligare en faktor till dina beräkningar.

Nu när du har all den där matematiken i kvadrat måste du ta reda på bränsle. Du behöver tillräckligt med bränsle för att lyfta din vikt (säg 3,5 miljoner pund) till kretslopp, och vinna kampen mot gravitationen som du misslyckas med varje gång du tar ett steg. Men att lägga till bränsle till en raket ökar vikten. Så du måste lägga till lite mer bränsle för att ta hänsyn till vikten på ditt bränsle, vilket ger mer vikt, vilket gör allt komplicerat.

Fotbollskanonekvationen

NASA och SpaceX slutmål är att skjuta upp en raket på ett så effektivt sätt som möjligt för att använda minsta möjliga bränsle. Det innebär en process att ta sig från punkt A till punkt B med så få kurskorrigeringar som möjligt. Varje gång raketen korrigerar sin kurs kräver det mer bränsle. Av den anledningen kräver uppskjutningar till den internationella rymdstationen (ISS) ett "omedelbart uppskjutningsfönster."

Ett "omedelbart startfönster" betyder att du måste starta vid "T-minus noll", du kan inte gå tidigare eller senare.

Tänk på det så här: Föreställ dig att du spelar ett spel på en lokal mässa. Du har en fotbollskanon, och i spelet löper en fotbollsspelaresfigur med ett hål i mitten i sidled över en plan. Ditt mål är att skjuta fotbollen genom hålet. Men du kan inte vända din kanon åt vänster, höger, upp eller ner. Du kan bara skjuta på en viss plats.

Hur vinner du spelet? Du kan inte avfyra fotbollen när spelarfiguren är på den plats som fotbollen kommer att träffa. Det är för sent; spelaren kommer att gå vidare innan fotbollen kommer. Så du måste elda tidigt. Men eld för tidigt eller för sent, så missar fotbollen.

Föreställ dig nu att fotbollsspelaren är 254 miles bort och rör sig 17 150 miles per timme. Det är ISS, onsdagens avsedda mål. Som NASA-administratören Jim Bridenstine uttryckte det, betyder att försena flygningen till och med 90 minuter "den internationella rymdstationen kommer inte att vara i närheten av där vi behöver den vara."

Men vad sägs om bara tio minuter för vädret på onsdag? Det andra problemet är bränsle.

Kallt bränsle för effektivitet

Om du tittade på uppskjutningsförsöket i onsdags såg du ett ovanligt förfarande jämfört med tidigare amerikanska raketuppskjutningar. Tidigare gick astronauter ombord på kapseln efter att team laddat bränsle till raketen.

Men på onsdagen gick astronauterna ombord på SpaceX Dragon Crew-kapseln innan bränsle laddades. SpaceX väntar till ungefär en halvtimme innan uppskjutning för att ladda bränsle. Det är ett något kontroversiellt val eftersom att flytta högexplosiva drivmedel medför en viss risk att explodera.

SpaceX använder ett extremt kallt drivmedel för att driva sina raketer, speciellt ett flytande syredrivmedel som hålls vid -340 grader Fahrenheit. Den otroligt låga temperaturen ökar SpaceX-raketens bränsleeffektivitet. Bättre bränsleeffektivitet gör matematiken enklare och sänker kostnaden för lansering.

Det valet är dock inte problemfritt. För några år sedan exploderade en SpaceX-raket under testning. Efter en grundlig undersökning fastställde SpaceX att en serie händelser gjorde att det kalla flytande bränslet förvandlades till ett fast ämne, vilket i sin tur orsakade explosionen. Raketföretaget vidtog ytterligare åtgärder för att förhindra en upprepning.

Detta lämnar SpaceX med ett annat problem som det inte kan lösa – som NASA förklarade under lanseringssändningen måste bränslet förbli kallt. När det flytande bränslet värms upp blir det mindre effektivt. Om det blir för varmt kommer det inte att ha prestanda att lyfta raketen till en omloppsbana. Så raketen startade mycket inom en halvtimme efter att ha laddat bränslet eller inte alls.

I slutändan betyder det att lanseringen inte kunde vänta tio minuter. Varje minut innebär varmare bränsle och lägre prestanda, och de inblandade beräkningarna lämnar de minsta marginalerna för bränslebehov. Så istället kommer SpaceX att försöka lanseringen igen lördagen den 30 mars klockan 15:33 Eastern Time. Förhoppningsvis samarbetar vädret denna gång.