Współczesny wyścig kosmiczny wkroczył w nową, dynamiczną fazę, której symbolem stał się stalowy silos górujący nad teksańskim wybrzeżem. Kiedy w październiku 2024 roku gigantyczny stopień nośny Super Heavy został precyzyjnie przechwycony w powietrzu przez mechaniczne ramiona wieży startowej, stało się jasne, że zasady wynoszenia ładunków na orbitę uległy fundamentalnej zmianie. SpaceX, pod wodzą Elona Muska, udowodniło, że pełna odzyskiwalność ogromnych konstrukcji nie jest już domeną literatury science-fiction, lecz faktem inżynieryjnym. Starship, zaprojektowany do transportu ponad 100 ton ładunku na niską orbitę okołoziemską (LEO), stawia przed globalnymi agencjami kosmicznymi palące pytanie: jak odnaleźć się w tej nowej rzeczywistości?
Naukowcy z Niemieckiej Agencji Kosmicznej (DLR) postanowili odejść od polegania wyłącznie na komunikatach marketingowych SpaceX i przeprowadzili jedną z najbardziej rygorystycznych, niezależnych analiz systemu Starship. Wyniki ich prac, opublikowane na łamach prestiżowego CEAS Space Journal, rzucają nowe światło na rzeczywiste możliwości amerykańskiej rakiety. Zespół badawczy, zamiast bazować na obietnicach, dokonał żmudnej ekstrakcji danych telemetrycznych z publicznie dostępnych nagrań z pierwszych czterech zintegrowanych lotów testowych Starshipa. Analizując każdą sekundę lotu, inżynierowie zbudowali własne modele matematyczne wydajności pojazdu.
Z analizy wynika, że w swojej obecnej konfiguracji w pełni odzyskiwalny Starship jest w stanie dostarczyć na niską orbitę okołoziemską około 59 ton ładunku. To wynik imponujący – zbliżony do możliwości rakiety Falcon Heavy w trybie jednorazowym. Jednak prawdziwy przełom nastąpi wraz z kolejną generacją pojazdu. Wyposażona w potężniejsze silniki Raptor 3 oraz powiększone zbiorniki paliwa, nowa wersja Starshipa ma wynosić 115 ton w trybie wielorazowym, a w wariancie jednorazowym nawet 188 ton. Oznacza to, że Starship zdetronizuje legendarną rakietę Saturn V z ery programu Apollo, stając się najpotężniejszym systemem transportowym w historii ludzkości.
Europejska alternatywa: Koncepcja RLV C5
W obliczu dominacji amerykańskiego sektora prywatnego, Europa staje przed strategicznym wyzwaniem zachowania suwerennego dostępu do przestrzeni kosmicznej. Naukowcy z DLR zaproponowali rozwiązanie dostosowane do europejskich możliwości i potrzeb – projekt RLV C5. Nie jest to kopia Starshipa, lecz system oparty na zupełnie innej filozofii odzyskiwalności. Koncepcja ta wywodzi się z projektu SpaceLiner i zakłada budowę superciężkiej rakiety zdolnej do wyniesienia ponad 70 ton ładunku na orbitę.
Kluczową różnicą jest podejście do lądowania. Podczas gdy Starship wykonuje spektakularne lądowanie pionowe, wykorzystując silniki rakietowe do wyhamowania, europejski stopień nośny miałby powracać do atmosfery jako gigantyczny szybowiec. Po fazie lotu ślizgowego, stopień ten byłby przechwytywany w powietrzu przez specjalnie przystosowany samolot poddźwiękowy. Choć brzmi to równie fantastycznie co rozwiązania SpaceX, inżynierowie DLR argumentują, że metoda In-Air-Capture ma istotne zalety ekonomiczne i techniczne.
Wydajność i paliwo przyszłości
Rakieta RLV C5 miałaby wykorzystywać mieszankę ciekłego wodoru i ciekłego tlenu. Jest to paliwo znacznie wydajniejsze energetycznie niż metan stosowany w silnikach Raptor Starshipa. Dzięki temu, oraz dzięki rezygnacji z pionowego lądowania, Europa mogłaby zoptymalizować masę pojazdu. Starship, aby być w pełni odzyskiwalnym, musi dźwigać potężną osłonę termiczną, zapas paliwa na lądowanie oraz ciężkie nogi lub wzmocnienia strukturalne. W efekcie tylko około 40% masy, którą Starship dostarcza na orbitę, stanowi faktyczny ładunek użyteczny; reszta to masa samego statku (Upper Stage), który musi wrócić na Ziemię.
W przypadku RLV C5, który zakłada odzyskiwalność tylko pierwszego stopnia przy zachowaniu jednorazowego stopnia górnego, stosunek ten jest znacznie korzystniejszy. Aż 74% masy trafiającej na orbitę to czysty ładunek użyteczny. Pozwala to na stworzenie rakiety trzykrotnie lżejszej od Starshipa przy zachowaniu bardzo wysokich zdolności transportowych. To podejście „szyte na miarę” mogłoby pozwolić Europie na budowę systemów superciężkich bez konieczności ponoszenia astronomicznych kosztów związanych z opanowaniem technologii pełnego, pionowego odzyskiwania wszystkich komponentów od zera.
Wyzwania i przyszłość
Mimo obiecujących kalkulacji, autorzy opracowania, w tym główny autor Moritz Herberhold, twardo stąpają po ziemi. Największą przewagą SpaceX nie jest sama fizyka, lecz fakt, że Starship już lata. RLV C5 to na razie ambitny projekt na papierze. Doświadczenia z czwartego lotu Starshipa pokazały, jak trudnym wyzwaniem jest system ochrony termicznej – uszkodzenia płytek ceramicznych wymusiły na inżynierach Muska całkowitą zmianę projektu osłony. Pełna i szybka wielorazowość wciąż pozostaje nierozwiązanym do końca problemem inżynieryjnym.
Europa startuje z dużym opóźnieniem, jednak koncepcja RLV C5 pokazuje, że istnieje alternatywna droga. Zamiast ścigać się z gigantem na jego warunkach, Stary Kontynent może postawić na wydajność i stopniowy rozwój technologii, które są już częściowo badane. Jak podsumowują badacze z DLR, RLV C5 oferuje skuteczną ścieżkę do niezależnego rozwoju superciężkich zdolności startowych. W ostatecznym rozrachunku w podboju kosmosu czasem mądrzejsza, bardziej zoptymalizowana ścieżka może okazać się ważniejsza niż ta najszybsza.
Źródło: CEAS Space Journal