Pistriku teekond kosmosesse

Veiko Tamm
Kunstniku nägemus kosmoselaeva/kuumaanduri eraldumisest kanderaketi teisest astmest. | SpaceX

Taas on põhjust üks kuupäev kuldsete tähtedega kosmose vallutamise ajalukku kirjutada. 30. mail 2020 startis Kennedy kosmosekeskuse stardiplatvormilt 39A kanderaketi Falcon 9 turjal Crew Dragon Demo-2, pardal kaks kogenud astronauti: kosmoselaeva lennukomandör Douglas Hurley ja manöövrite juht Robert Behnken.

Mõlemal astronaudil on seljataga edukad lennud Space Shuttle’i kosmosesüstikutega. Nii sai SpaceX-ist esimene erafirma, mis on inimesed kosmosesse viinud. Ühtlasi oli see esimene mehitatud start USA pinnalt pärast üheksa-aastast pausi, mil sõltuti ainult Venemaa armulikkusest. Aga viskame pilgu selle firma eduloole – kuidas ikkagi erafirma kosmose alistas?

28. juunil alles oma 49. sünnipäeva tähistav innovaator Elon Musk saavutas ühe suurima eesmärgi oma senistest ambitsioonidest. Lõuna-Aafrika Vabariigis sündinud ja hiljem Kanadas ja USAs elanud ning õppinud mees pani oma äridele alusel veebitarkvara firmaga Zip2, mille ta müüs Compaqile 340 miljoni dollari eest. Siis järgnes X.com (ehk veebipangandus), mis pärast liitumist PayPali loonud Confinityga müüdi eBayle juba 1,5 miljardi eest (sellest 165 miljonit Muski jagu). Nüüd oli tal ressursse oma esmapilgul hullumeelsete ideede tarvis. Lisaks tegutsemisele CEOna varem asutatud Teslas oli Muski kaua paelunud kosmos.

Juba aastal 2001 pidas ta plaane kosmosse suunduda. Selleks sõideti isegi paar korda Moskvasse, hankimaks vene päritolu kanderakette. Hinnad olid aga nii pöörased, et Elon lahkus saalist keset läbirääkimisi. Tagasilennul arvutas ta ühe kaasinvestori, eesti päritolu Steve Jurvetsoni infol baseerudes, et kogu stardi materjalide maksumus on vaid 3% küsitavast hinnast. Kui need oma tehastes ise valmistada, annaks see meeletu kokkuhoiu. Praeguseks on Musk hinnanud, et kui taaskasutust korralikult arendada ja täiustada, siis võiks praeguste startide hinda alandada kuni 10 korda, teenides siiski 70% kasumit. Oma ideele kaasas ta endise NASA spetsialisti Tom Muelleri, kellest sai uue firma reaktiivmootorite loomise tehniline juht. 6. mail 2002 saigi pandud alus firmale Space Exploration Technologies Corp. (kaubamärgina SpaceX). Kui aastal 2005 oli SpaceX-is 160 töötajat, siis praeguseks on see number juba üle 7000. Idee tekitas palju skeptitsismi ja isegi irvitamist Muski üle – kosmosetehnika oli ju siiani ainult suurte superriikide võimekuses ja nüüd tahab sinna trügida mingi pisike erafirma. Aga Musk uskus oma ideesse.

 

Pistrik lendab taevasse
SpaceX alustas katsetusi testmootoritega Falcon 1 rakettidel. Oma nime sai projekt Falcon Millenium-raketilt tähesõdade filmidest. Paarsada katsetust hiljem, aastal 2008, jõudis esimene erafirma vedelkütusega rakett Maa orbiidile. Stardiplatvormiks oli Ronald Reagan Ballistic Missile Defence Test Site, mis asub Omeleki saarel. Kuid see rakett oli SpaceX-i jaoks vaid õppemooduliks, siin omandati mootori arendamiseks hindamatuid kogemusi. Plaanid olid ka Falcon 1 ja Falcon 5 jaoks, kuid neid valmis ei ehitatudki. Edasised plaanid olid juba tõsise tegija – pistriku (ingl falcon) ehk Falcon 9 loomiseks.

Üks praeguse aja tõhusamaid kanderakette Falcon 9 on olnud arenduses aastatel 2005–2010. Tema versioon 1.0 sooritas esimese lennu aastal 2010 ja järgneval kolmel aastal tehti veel viis starti. Aastal 2013 ehitati v.1.1, mis oli eelkäijast 60% raskem ja mis sooritas esimese stardi sama aasta septembris. Versioon 1.0 esimese astme üheksa Merlin 1C mootorit paiknesid ruudukujuliselt 3 x 3, uuel mudelil moodustasid kaheksa Merlin 1D mootorit ringi ümber keskmise mootori, mida firma kutsub Octawebiks. SpaceX-i presidendi Gwynne Shotwelli sõnul suudaks rakett vedada kosmosesse koguni 30% suuremat koormat, kuid see on reserveeritud kütuse jaoks, mida kasutatakse taaskasutatavate kiirendite mootoritega maandamiseks.

Detsembris 2015 startis veelgi täiustatum versioon 1.2 ehk Falcon 9 Full Thrust (FT), mille esimene aste ka edukalt maandus. Kahe aasta pärast tehti juba esimene taaskasutuslend. Teise astme taaskasutusest siiski loobuti, kuna kuumuskaitse kilbid oleksid lisanud liialt palju kaalu ja sealt enam suurt kokkuhoidu poleks tulnud, kuid orbiidile viidava kauba kogus oleks korralikult vähenenud. Teise astme korduvkasutust uuritakse siiski edasi ja see leiab kasutust Starship-programmis. Aastal 2017 startinud Falcon FT (CRS-10) lend oli esimene, kus võeti kasutusele AFSS (Autonomous Flight Safety System – automaatne lennuohutuse süsteem). AFSS tagab maapealsest kontrollkeskusest sõltumatu koormakapsli kiire eraldumise kanderaketist seal ilmnevate häirete korral ning lubab vältida taolist õnnetust nagu oli Space Shuttle Challengeri plahvatus ja 7 astronaudi hukkumine. Aastal 2017 loodi Falcon 9 FT Block 4 ja juba aasta pärast ehk 11. mail 2018 lendas taevasse hetke uusim versioon Falcon 9 FT Block 5 (B5), mida Musk nimetab raketi lõplikuks versiooniks.

Tänavu 22. aprilli seisuga oli Falcon 9 sooritanud 85 edukat starti, lisaks üks läbikukkumine ja üks poolik missioon. Hetkel on Falcon oma edukate startide protsendiga 97,7%, maailmas esikohal. N. Liidu Soyuz on teisel kohal 97,4%-ga, ESA Ariane 5 on kolmas – 95,2%, Hiina Long March 3B neljas – 94% ja senini ISS jaama teenindanud Venemaa Protonil on vaid 88,6% edukaid starte.

                      

Raha, palju raha

SpaceX-i algsete startide hind oli suurusjärgus 50 miljonit dollarit start, võimsamate rakettide kasutamine ja suurema koorma vedamine on hinda tõstnud – sõltuvalt koormast ja orbiidist. Eriprojektide hind on loomulikult kõrgem, näiteks kosmoselaeva Dragon kargolend ISS-ile maksis 133 miljonit dollarit. Musk on hinnanud, et tehnoloogia edasisel arengul on võimalik orbiidile viidava kasuliku koorma hinda alandada 1100 €/kg peale. Falcon 9 edu on sundinud jalgu kõhu alt välja ajama ka tema peamisi konkurente. Nii arendab ESA Ariane 6 raketti, USA ULA-l on loomisel Vulcan ja Venemaa ILS planeerib Proton Mediumit. Aprillis teatas Roscosmose juht Rogozin, et nad alandavad stardi hinda 30%, kuid mitte NASA-le, kellelt küsitakse ikka 1,5–4 korda rohkem, sest Musk kasutavat dumpingut. Musk väitis, et nad saavad head hinda pakkuda tänu sellele, et Falcon 9 on umbes 80% ulatuses taaskasutatav. Juba aastal 2011 hindas Musk kütuse hinda vaid sadades tuhandetes dollarites, ehkki selle hulk on muljetavaldav: raketi esimene aste tarvitab 245 620 liitrit vedelat hapnikku (LOX) ja 146 020 liitrit raketipetrooleumi (RP-1). Raketi teisel astmel kulub vastavalt 28 000 liitrit LOX ja 17 000 liitrit RP-1. Falcon 9 klassifitseeriti kui EELV (Evolved Expendable Launch Vehicle) programmi rakett. Eelmise aasta märtsis nimetati EELV ümber NSSL-iks (National Security Space Launch).

 

Nuumpistrik näitab oma võimeid
Arendamaks edasi oma ideid jõudmaks Kuule ja Marsile lõi Musk kanderaketi Falcon Heavy, mis kujutab endast tegelikult kokku liidetud kolme Falcon 9 raketti. Projekt kuulutati välja aprillis 2011 ja startima pidanuks ta 2013. Kuid kolme raketi integreerimine tervikuks osutus palju keerukamaks ülesandeks. Esmalennu sooritas Falcon Heavy alles 6. veebruaril 2018, pardal Elon Muskile kuuluv Tesla Roadster elektriauto, mille roolis istus astronaudinukk „Starman“. Otseülekandel vaheldusid vaatemängu saateks kaks David Bowie laulu: „Space Oddity“ ja „Life on Mars?“ Laev lendab heliotsentrilisel orbiidil, mille kaugeim punkt ulatub veidi kaugemale Marsi orbiidist (1,7 AU) ning ringi ümber Päikese teeb ta 1,53 aastaga.

Teine Falcon Heavy lend toimus 11. aprillil 2019 ja kõik kolm selle esimest astet maandusid lennu järel õnnelikult Maale. Pärast kolmandat lendu sama aasta juunis sertifitseeriti rakett NSSL programmi poolt. See on hetkel võimsaim kasutuses olev rakett Maalt koorma orbiidile viimiseks ja läbi ajaloo teisel kohal Saturn V järel. Läbi ajaloo on ta aga USA Saturn V ja kahe NSVL / Venemaa raketi Energia ning N1 järel neljandal kohal. Kuid edasiseks arendamiseks ja astronautide vedamiseks ei lähe sertifikaadile vaatamata – juba sel aastal plaanib SpaceX vahetada kõik Falcon 9 ja Heavy süsteemid välja Starshipi platvormi vastu.

 

Tuleviku tähelaev
Kui kõik senised projektid olid vaid osaliselt taaskasutatavad, siis peatselt saabuv Starship saab olema täielikult taaskasutatav – kõpitse vaid veidi tekkinud vigu ja tangi paagid täis ja voila! Laeva 50 m pikkune teine aste on individuaalselt kasutatav nii kauba kui reisijate veoks sub-orbitaalsetel kõrgustel. Jõudmaks orbiidile, lisatakse 70 m kõrgune esimene aste – Super-Heavy. Katsetused algasid eelmise aasta märtsis ühe Raptor-mootoriga väiksemamõõdulise prototüübiga Starhopper. Tänavu aprillis valis NASA Starship Human Landing System’i (HLS) üheks kolmest inimtranspordivõimega kuumaanduriks oma Artemise projekti jaoks. Süsteemi kutsutakse firmasiseselt BFR-iks (Big Falcon Rocket). Starship ei kasuta enam süsinikkiudu, vaid roostevaba terast. Musk nimetas selle põhjustena tugevust, hinda ning tootmise lihtsust. Ka on Starshipil  nelja maandumisjala asemel kuus jalga – on ju moodulite läbimõõt kolm korda suurem. Erinevus on ka kasutatavas kütuses – raketipetrooleumi asemel köetakse mootorit jahutatud metaaniga (CH4). Laeva teine aste suudab siseneda atmosfääri ja maanduda vertikaalselt. Samuti on võimalik seda kosmoses tankida ning kavas on spetsiaalversioon kütuse vedamiseks kosmosesse. See kõik lihtsustab oluliselt lende Kuule ja Marsile, sest pole vaja meeletut kütusemassi ühe korraga Maalt üles vedada. 2019. aasta novembris hindas Musk ühe stardi kütuse hinda 900 000 dollarile ja kuna kõik on taaskasutatav, võib ühe stardi hind kukkuda 2 miljoni dollarini. 2018. aastal anti teada, et on teada esimene turist, kes lendab ümber Kuu. Selleks on Jaapani miljardär Yusaku Maezawa, kes plaanib kaasa võtta kuus kuni kaheksa kunstnikku oma kunstiprojekti #dearMoon jaoks ning ühe „erilise kaaslanna“.

 

Draakon lehvitab tiibu
Kuid kaubaeesli amet polnud Muskile piisav – ta tahtis ka elavväge üles viia. Nii sündis Dragoni projekt. NASA tundis projekti vastu huvi ja investeeris 2016. aastal 75 miljonit dollarit projekti arendusse. Aastal 2010 saadeti teele esimene erafirma kosmoselaev Dragon, mis lendas kaks korda ümber Maa ja maandus edukalt tagasi Maale. Aastal 2012 sai sellest esimene erafirma kosmoselaev (Dragon C2+), mis põkkus edukalt rahvusvahelise kosmosejaamaga ISS. Märtsis 2019 sooritas esmalennu inimeste transpordivõimekusega Crew Dragon Demo-1, mis dokkis ka ISS-iga. Hiljaaegu lekkisid ajakirjandusse uudised, et Crew Dragoni pardal plaanib ISS-ile lennata Tom Cruise. Kuigi alul peeti seda heaks naljaks, siis kinnitasid nii NASA administratsioon kui Elon Musk, et mehel on tõsi taga – filmida kosmosejaamas reaalsetes tingimustes löömafilmi oleks hea võimalus populariseerida kosmoseteadust ja insenerikutset noorsoole. Millal tema lend toimuks, pole veel teada, kuid teada on, et tegemist pole järjekordse „Mission: Impossible“ filmiga.

Hetkel on SpaceX-il kasutamiseks kolm stardiplatvormi ja üks on ehitamisel:

  • Canaverali neem – Space Launch Complex (SLC) SLC-40. Sobib ainult Falcon 9 rakettide stardiks, Falcon Heavy sealt startida ei saa.
  • Vandenberg Air Force Base SLC-4E – polaarorbiitidele suunatud ja mõlema Falconi suutlik.
  • Kennedy kosmosekeskus – aastal 2014 sõlmis NASA 20-aastase lepingu firmaga SpaceX kosmoselendudeks. Launchpad 39A lubab startida nii Falcon 9 kui Falcon Heavy rakettidel.
  • Boca Chica platvorm ehitatakse ainult kommertslendude jaoks Texase linna Bronsville’i lähistele. Kuigi algul pidi sellest saama neljas platvorm Falcon 9 jaoks, hülgas SpaceX selle plaani 2018 aasta lõpus ning seda hakatakse kasutama SpaceX Starship prototüüpide jaoks.

Kuigi Elon Musk saavutas inimese kosmosesse viimisel edu esimesena, pole ta ainus privaattegija selles vallas. Lisaks arvukatele, ütleme mitte väga tõsistele planeerijatele ja ideemeestele selles vallas on Muskile kolm tõsist konkurenti, kes on talle juba üsna lähedal. Vaata lisa juuli Tehnikamaailmast.

Artikli märksõnad: 

Sarnased artiklid