Lot idei: Starship na Marsie - eksperyment dr Zubrina

Technologię, badania i rozwój

Lot idei Starshipa na Marsa

Misja techniczna - test Starship na Marsa:

436 t z LEO → 350 kg satelita relay → lądowanie + 250 kg ISRU Zubrina (Sabatier + elektroliza, 60 kg wody, baterie 10–15 kWh). Test: ~1 kg CH₄+O₂.

W poprzednim odcinku "Republikańska idea marsjańska vs Elon Musk - archeologia mitu".

Deadline

W tym scenariuszu "Starship leci na Marsa w kadencji prezydenta Donalda Trumpa", ale jest "trik" - dwie wersje: pośrednia i bezpośrednia. W obu przypadkach Elon Musk ogłasza, że zakończył zasadniczą konstrukcję Starshipa, który poleci na Marsa w celu realizcji misji technicznej. W wersji pośredniej projekt takiego Starshipa skierowany jest do produkcji. I po wyprodukowaniu poleci, ale nieco później albo jeszcze później. W wersji bezpośredniej taki Starship jest już wyprodukowany i poleci nieco później. To oznacza, że zostaje etap jego tankowania na orbicie wokołoziemskiej LEO. Określenie "zatankowanie" nie jest jednorazowe. Starship, aby poleciał na Marsa musi być zatankowany "jednorazowo" pod względem danej misji w przestrzeni kosmicznej, ale tankowany do tej misji wielokrotnie. W tym ułożeniu 5-cio krotnie. Zatem każde tankowanie po 100 ton czyli dwa razy mniej niż dla misji osadniczych. Dlatego, że Starship do lotów na Marsa potrzebuje więcej paliwa, niż dostarczyłaby rakietowa cysterna. Jednak w tym scenariuszu Starship wykonuje misję techniczną. Głównym celem jest test silników i manewrów. Ponadto dostawa dwóch urządzeń. Misja składa się z czterech etapów po zatankowaniu na LEO:

• Lot w stronę Marsa.
• Dostawa na orbitę wokołomarsjańską satelity telekomunikacyjnego (350 kg).
• Lądowanie na Marsie.
  
• Układ i przeprowadzenie eksperymentu dr Roberta Zubina (250 kg).

AI w idei obliczyła uwarunkowania: Minimalna masa towarowa dodająca do marsjańskiej misji efekt ekonomiczny - dobrana dla satelity telekomunikacyjnego i układu do eksperymentu Zubrina (w tym podukład do pobierania CO₂, elementy pomiarowe i obserwacyjne (kamery). Układ Zubrina jest wewnątrz Starshipa (korzysta z baterii, nie ma paneli PV, zawiera zapas wody do eksperymentu autonomicznej produkcji paliwa). Nic nie jest wyładowywane poza statek - na ilustracji bezpośrednia instalacja Zubrina jest pokazana symbolicznie obok Starshipa . Masa układu Zubrina taka, aby wystarczyła do uzyskania wiarygodnych wyników eksperymentu, o których informacje przesyła "Starship" do satelity, a on w stronę Ziemi.

Zatem łączna masa ładunku to 600 kg. Co wymaga wg AI zatankowania na LEO ok. 500 ton paliwa za pomocą "Starshipa - cysterny" (planowana masa jednej dostawy paliwa to 100-150 ton). W Idei przypadku 150 ton, byłaby mniejsza ilość tankowań - wg AI 3 tankowania. Co statystycznie zmniejsza ryzyko.

Google, Przegląd od AI:

Eksperyment dr Roberta Zubrina

Eksperyment Roberta Zubrina polegający na produkcji paliwa z dwutlenku węgla (CO2) to demonstracja wykorzystania zasobów in-situ (ISRU) dla misji marsjańskich, często określana jako produkcja metanu na Marsie (Mars methane production) przy użyciu procesu Sabatiera. W 1993 roku Zubrin, wraz z zespołem z Pioneer Astronautics, wykazał, że CO2 z atmosfery Marsa i wodór (przywieziony z Ziemi lub pozyskany z wody na Marsie) można przekształcić w metan (CH4) i tlen (O2). Kluczowe szczegóły eksperymentu:

• Proces techniczny: Eksperyment wykorzystywał reakcję Sabatiera (CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O), a następnie elektrolizę wody, aby uzyskać tlen i zawrócić wodór.
• Cel: Udowodnienie, że misja załogowa może wyprodukować paliwo rakietowe na powrót z Marsa, co drastycznie zmniejsza masę startową z Ziemi (koncepcja Mars Direct).
• Wyniki: Zubrin z powodzeniem zbudował i przetestował zautomatyzowane urządzenie, które wytworzyło metan i tlen w warunkach marsjańskich.
• Powiązania: Prace te bezpośrednio wpłynęły na strategię wykorzystania zasobów przez NASA oraz SpaceX.

***

Idea rakiety wielostopniowej - Kazimierz Siemienowicz, 1650 rok

AI: Historia, o której mało kto mówi w „oficjalnej” narracji kosmicznej (tej od Tsiolkowskiego [*], Goddarda, von Brauna i NASA). Filmik świetnie to punktuje: 1650 rok, Amsterdam – wychodzi książka Artis Magnae Artilleriae Pars Prima autorstwa polskiego generała artylerii Kazimierza Siemienowicza. Opisuje w niej rakiety wielostopniowe z dokładnymi schematami: pierwszy człon się wypala → odpada → zapala się drugi. Dokładnie ta sama zasada, dzięki której dziś lecimy w kosmos (Falcon 9, Saturn V itd.). Dodatkowo proponuje trójkątne lotki zamiast niestabilnych tyczek – co ogromnie poprawiło celność. Jego obliczenia prochu i kalibracji dział były tak precyzyjne, że książka przez ponad 200 lat była podstawowym podręcznikiem artyleryjskim w całej Europie. A wszystko to 300 lat przed lądowaniem na Księżycu.

[*] - Konstantin Ciołkowski

 ***

Silnik odrzutowy w naturze środowiska w idei Elona Muska

Elon Musk na temat idei przeniesienia koncepcji silników odrzutowych (jet engines) z lotnictwa cywilnego na Ziemi do silników rakietowych w przestrzeni kosmicznej. 

Chodzi o to, by silniki kosmiczne (np. Merlin w Falcon 9 czy Raptor w Starship) działały długo, były niezawodne i łatwe w utrzymaniu – podobnie jak silniki samolotowe, które służą przez tysiące godzin dzięki okresowej wymianie części, a nie całej jednostki. Musk wielokrotnie podkreślał tę analogię w kontekście wielokrotnego użycia i niezawodności.

1. Najbliższa wypowiedź (sierpień 2020, Twitter/X) – o konserwacji silników rakietowych jak silników odrzutowych:

„Almost never need to replace whole engine, but some individual parts like turbine wheels need to be replaced over time. Similar to a jet engine.”

„Prawie nigdy nie trzeba wymieniać całego silnika, ale niektóre pojedyncze części, takie jak koła turbin, trzeba wymieniać z czasem. Podobnie jak w silniku odrzutowym.”

Kontekst: Musk mówił o silnikach Merlin 1D w rakietach Falcon 9 Block 5. Dzięki czystemu spalaniu i projektowi inżynieryjnemu SpaceX nie wymienia całych silników po każdym locie – tylko zużywające się elementy (np. turbiny). To dokładnie przeniesienie filozofii lotnictwa cywilnego (gdzie silniki odrzutowe przechodzą przeglądy i częściową regenerację co kilka tysięcy godzin) na rakiety kosmiczne, co umożliwia wielokrotne użycie boosterów dziesiątki lub setki razy.

2. Wypowiedź z 2017 r. (Reddit AMA) – o niezawodności silników rakietowych na poziomie silników odrzutowych samolotów pasażerskich:

„The objective is to meet or exceed passenger airline levels of safety. If our engine is even close to a jet engine in reliability, has a flak shield to protect against a rapid unscheduled disassembly and we have more engines than the typical two of most airliners, then exceeding airline safety should be possible.”

„Celem jest osiągnięcie lub przekroczenie poziomu bezpieczeństwa lotów pasażerskich linii lotniczych. Jeśli nasz silnik będzie nawet w przybliżeniu tak niezawodny jak silnik odrzutowy, będzie miał osłonę przeciw odłamkom na wypadek rozpadu i będziemy mieli więcej silników niż typowe dwa w większości samolotów pasażerskich, to przekroczenie poziomu bezpieczeństwa linii lotniczych powinno być możliwe.”

Kontekst: Dotyczy silnika Raptor (używanego w Starship/Super Heavy). Musk wprost porównuje cel projektowy rakietowych silników kosmicznych do silników odrzutowych z lotnictwa cywilnego – długa żywotność, wysoka niezawodność i bezpieczeństwo na poziomie samolotów pasażerskich. Podkreślał to szczególnie w kontekście przyszłych lotów punkt-do-punktu na Ziemi (gdzie rakieta ma być bezpieczniejsza niż samolot). 

Te wypowiedzi dokładnie oddają ideę: silniki rakietowe w kosmosie nie muszą być jednorazowe i krótkotrwałe – mogą (i powinny) działać długo, sprawnie i z łatwą konserwacją, tak jak silniki odrzutowe w samolotach na Ziemi. To fundament filozofii SpaceX dotyczącej wielokrotnego użycia (reusability) i obniżania kosztów lotów kosmicznych. Musk wraca do tej analogii od lat, bo to jeden z kluczy do uczynienia podróży kosmicznych rutynowymi jak loty samolotem.