SpaceX*

Tittelbildet: Skjermbilde fra overføringen av Falcon 9-oppskytingen av Starlink-satellittene, som skjedde natt til i dag, lokal tid. Bildet er tatt et halvt minutt etter at førstetrinnet var koblet fra. Ruten til venstre er fra et kamera på førstetrinnet. To av de fire gitterfinnene av titan ses i ferd med å folde seg ut. Disse blir brukt til å styre trinnene ned til landing. Lys fra byer og bebyggelse i de østlige delene av USA skimtes i bakgrunnen. Høyre rute er fra et kamera på andretrinnet og viser den ene av de to stablene med totalt 60 Starlink-satellitter som ble skutt opp, i øyeblikket da nyttelastdekselet ble koblet fra. (SpaceX)

eRomfart 2021-018, Norsk Astronautisk Forening, 09.05.2020

Artikkelen er en nyhetsnotis opprinnelig sendt på epost til medlemmer av Norsk Astronautisk Forening. Dersom du ikke er medlem, men ønsker å motta disse epostene og nyte godt av våre øvrige tilbud, kan du melde deg inn via vårt elektroniske innmeldingsskjema.

SpaceX

Av Øyvind Guldbrandsen

Aerospaceselskapet SpaceX holder det gående i høyt tempo på mange fronter, og bryter stadig nye barrierer, noe vi hadde en oppsummering av i eRomfart 2020-023. Siden da har ikke aktiviteten blitt noe mindre.

Av det som har skjedd de siste ukene kan vi minne om Falcon 9-oppskytingen av Crew-2 med fire astronauter i et gjenbrukt Crew Dragon-romfartøy til Den internasjonale romstasjonen ISS den 23. april 2021, og den nattlige landingen i sjøen av Crew-1 med fire andre astronauter den 2. mai, etter over fem måneder i ISS (se eRomfart 2021-13 og -16).

To dager etter ble den 100. vellykkede Falcon 9-oppskytingen på rad foretatt, med et førstetrinn som gjennomførte sin niende oppskyting, etterfulgt av en annen Falcon 9-oppskyting i dag tidlig (søndag 9. mai), da med et førstetrinn som gjennomførte sin 10. oppskyting, som er ny Falcon-rekord. Begge trinnene landet på et droneskip for ytterligere gjenbruk. Nyttelast på hver av oppskytingene var 60 av SpaceX' Starlink-satellitter, som SpaceX nå har skutt opp hele 1625 stykker av.

Og sist onsdag, 5. mai, på femte forsøket, landet endelig et Starship-testfartøy i ett stykke etter en prøvetur opp til rundt 10 km høyde.

Starship SN15 relativt trygt nede og like hel etter testferden 5. mai. (SpaceX)

STARSHIP
Alle de foregående Starship-turene av tilsvarende type, med Starship SN8, -9, 10 og -11 (SN for Serial Number), mellom desember 2020 og mars 2021, endte med store eksplosjoner på «Starbase» ved Boca Chica i Texas nær landingsøyeblikket.

Disse flyturene var både lærerike og i og for seg også vellykkede. Da bortsett fra den siste, spektakulære biten, hvor fartøyet, etter å ha falt fritt hele veien ned, restartet Raptor-rakettmotorene og svingte fra horisontal til vertikal posisjon rett før landingsøyeblikket. For å trenge minst mulig drivstoff til oppbremsingen må denne manøveren skje i så lav høyde som mulig.

For å unngå flere mislykkede landinger skrotet SpaceX Starship SN12-14 og gikk direkte til SN15, som har over 100 modifiseringer i forhold til forgjengerne.

Elon Musks alltid optimistiske, og nokså flytende tidsskjema tilsier at man vil forsøke å sende Starship SN20 inn i kretsløp rundt Jorden til sommeren, med Super Heavy BN3 som førstetrinn (BN for Booster Number). Et par testmodeller av Super Heavy har blitt bygget, men ingen har så langt prøvefløyet. Super Heavy med Starship på toppen vil få en høyde på 120 m og skal med tiden kunne bringe 100 tonn nyttelast inn i kretsløp på hver oppskyting.

Både Super Heavy og Starship er designet for å brukes mange ganger, med svært kort tid mellom hver ferd. For å maksimere frekvensen skal Super Heavy fly tilbake og lande direkte på oppskytingsrampen, som skal utstyres for å gripe fatt i trinnets fire gitterfinner ved landingen. Dette for å eliminere behovet for landingsben. En slik rampe er allerede under bygging ved Boca Chica, sammen med flere andre fasiliteter tilknyttet Starship-programmet, deriblant to testanlegg for Raptor-rakettmotorer. Musk snakker om å på sikt kunne bruke hver Super Heavy og Starship til flere ferder hvert døgn. På et litt mer jordnært nivå sier han at den vanskeligste delen med orbitale ferder i første omgang blir å få Starship helskinnet hjem, og regner med flere mislykkede forsøk før dette er i havn. Først etter en lang serie vellykkede turer vil man begynne å bemanne fartøyene ved oppskyting og landing.

HLS-Starship med et Orion-fartøy tilkoblet. Illustrasjonen viser en litt tidligere variant av HLS-Starship. (Mack Crawford/nasaspaceflight.com)

HUMAN LANDING SYSTEM
Den vellykkede ferden til SN15, som for øvrig skjedde på 60-årsdagen for Alan Shepards suborbitale (ballistiske) Mercury-Redstone-ferd, som var USAs første bemannede romferd, kommer betimelig nok mindre enn tre uker etter at NASA valgte en variant av nettopp Starship til å landsette de første menneskene på Månen siden Apollo (eRomfart 2021-010).

Valget kom som en overraskelse på mange, og åpenbart som en skuffelse for noen. Partene bak de to andre forslagene til månelandingsfartøy, et team ledet av Dynetics og det såkalte National Team ledet av Blue Origin, har begge levert inn formelle protester. Det henvises blant annet til at NASA endret spillereglene underveis i utvelgelsesprosessen, som ved å velge ett i stedet for to forslag.

I april 2020 valgte NASA tre av fem forslag til det som blir kalt HLS (Human Landing System), altså månelandingsdelen av Artemis-programet. De tre finalistene fikk fordelt nær en milliard dollar til å finpusse konseptene sine, i tett samarbeid med eksperter fra NASA (eRomfart 2020-030). I 2021 skulle så NASA velge «inntil to» av disse igjen for å utvikle ytterligere, med mål å gjennomføre en bemannet demonstrasjonsferd til Månens overflate.

I 2020 ble Starship-forslaget til SpaceX sett på som nokså «vilt», og ble av NASA rangert lavest av de tre finalistene. Ett år senere hadde dette snudd. Ikke bare ble HLS-Starship rangert høyest ut i fra et teknisk perspektiv, samt måten SpaceX administrer det hele på, det var også det billigste for NASA. Slik sett ble førstevalget enkelt.

At NASA kun valgte én av HLS-finalistene kan tolkes som et spark til den amerikanske Kongressen, som bare bevilget 1/4 av pengene NASA ba om til videreutvikling av HLS over 2021-budsjettet. Dermed så NASA det som uaktuelt å bruke ressurser på mer enn ett HLS-forslag i 2021, selv om NASA selv sier at de gjerne kunne tenkt seg å gå videre med to. Slik de gjorde med Commercial Crew Program for noen år siden, hvor både SpaceX' Crew Dragon og Boeings CST-100 Starliner fikk oppdraget med å bringe besetninger til og fra ISS.

NASA og Boeing opplyste forresten for et par dager siden at oppskytingen av den neste, ubemannede Starliner-ferden har blitt fremskyndet fra august/september til 30. juli. En uvanlig snuoperasjon i et program som ellers har vært preget av stadige utsettelser.

Angående HLS legger ikke NASA skjul på at både SpaceX, Dynetics og National Team hadde tekniske utfordringer med sine HLS-forslag som måtte adresseres før de eventuelt kunne brakt folk til Månen. Blant annet når det gjaldt overføring av drivstoff mellom romfartøy. Men mens SpaceX satt inne med klare strategier for å utvikle løsninger, var de andre to atskillig mer vage, og henviste ofte til en ubestemt tredjepart for å levere.

Forslagene til Dynetics og National Team kan på ses på som relativt konvensjonelle, nærmest modifiserte Apollo-månelandingsfartøy. Starship stiller i en helt egen divisjon. Fartøyets interne arbeidsvolum er større enn i Den internasjonale romstasjonen, og nyttelastkapasiteten til måneoverflaten vil kunne bli på mangfoldige tonn dersom fartøyet blir tanket helt opp i bane rundt Jorden. På sikt gir det store besparelser å slippe å gnikke ett og ett gram ut av all nyttelast som skal til Månen, samt å finslipe finurlige måter å pakke alt sammen på.

Dette måtte man gjort med ikke minst med Dynetics' HLS-forslag, som faktisk viste seg å veie for mye til å kunne komme seg opp i månebane igjen etter landingen. Å legge opp til at månelandingsfartøyet måtte bli lettere under utviklingsarbeidet var en skikkelig turn-off for NASA. Erfaringsmessig blir romfartøy tyngre ettersom utviklingen skrider frem. Derfor legger man omtrent alltid inn marginer som fartøyet kan vokse i.

Når et HLS-Starship er skutt opp i jordbane vil det kreve rundt seks oppskytinger av Starship-tankere for å etterfylles helt opp med drivstoff. NASA påpeker at det er mye, og krever mye. Likevel er det godt innenfor hva SpaceX legger opp til å ha kapasitet til. Det kan også skje over relativt lang tid, flere måneder blir antydet. Det er heller ikke sikkert det blir nødvendig med så mange tankere på den første måneferden, hvor man antakelig ikke skal ta med seg særlig mer enn det aller mest nødvendige.

Slik det legges opp nå skal den førstkommende bemannede månelandingsferden, kalt fase A av HLS-programmet, foregå ved at et ubemannet HLS-Starship sendes inn i bane rundt Jorden, etterfulgt av det nødvendige antall Starship-tankere som etterfyller de store drivstofftankene. HLS-Starship vil nødvendigvis bli skutt opp fra Jorden omtrent fullt med drivstoff, på toppen av en Super Heavy, men mesteparten av drivstoffet vil brukes til å dytte seg selv opp i jordbane etter at Super Heavy er frakoblet. Derfor etterfyllingen.

HLS-Starship skal deretter ta seg ut av jordbane og inn i et høyt kretsløp rundt Månen, etterfulgt av et av NASAs bemannede Orion-fartøy, som skal skytes opp med en diger SLS-rakett (Space Launch System), inntil 100 døgn senere. Etter å ha koblet seg til kryper to av de fire Orion-astronautene over i Starship, lander nær Månens sydpol, plukker stein en ukes tid, drar opp til Orion igjen, som de så reiser hjem og lander på Jorden med.

På denne måten unngår man altså å sende et bemannet Starship fra rommet og ned til jordoverflaten. Som tidligere nevnt regnes inntil videre dette som den mest risikable delen av en Starship-ferd (ref.: Columbia-ulykken). Heller ikke oppskytingen trenger å bemannes (ref.: Challenger-ulykken, uten sammenligning for øvrig). Dermed får NASA også et påskudd til å benytte både Orion-fartøyet og SLS-bæreraketten, som USA har brukt latterlig mye penger og tid på å utvikle, primært for nettopp å få folk til Månen. Men den planlagte romstasjonen Lunar Gateway skal fortsatt holdes unna den førstkommende månelandingen. Lunar Gateway vil derimot bli aktuell å kombinere med fase B av HLS-programmet, som NASA sier fortsatt er åpen for andre forslag til månelandingsfartøy. Men med de bevilgningene NASA ligger an til å få av Kongressen må i tilfelle utviklingen av disse bekostes av leverandørene selv. Om noen gidder det er et annet spørmål. Nærmeste kandidat må i tilfelle være Blue Origin med sitt hypede Blue Moon-fartøy, som verdens visstnok rikeste mann, Jeff Bezos står bak.

Detaljer om hva som skal skje med det aktuelle Starship-eksemplaret etter fase A-landingen er litt uklare, men mulighetene er sikkert flere. Å dra hjem og lande på Jorden er ikke blant dem, siden HLS-versjonen verken vil bli utstyrt med varmeskjold eller styrefinner. Det tar man derimot peiling på å gjøre på senere Starship-fartøy som skal både til Månen og lenger bort, og som skal ha mulighet for bemanning hele veien frem og tilbake.

FALCON 9
Førstetrinnet til Falcon 9-raketten som ble skutt opp i dag tidlig, kl 08:42 norsk tid 9. mai, ble det første Falcon 9-førstetrinnet til å gjennomføre sin tiende oppskyting. Dette var den 14. Falcon 9-oppskytingen bare i 2021, og den fjerde på kun 16 dager. Blant de sistnevnte var den med SpaceX' romfartøy Crew Dragon Endeavour, som brakte de fire Crew-2-astronautene til ISS den 24. april, etter oppskyting dagen før.

Falcon 9 Block 5 er designet for å kunne foreta nettopp ti oppskytinger, med relativt lite vedlikehold mellom hver ferd. Tiden mellom hver oppskyting for enkelte eksemplarer har vært nede i under fire uker. Og nå ønsker SpaceX å teste trinnenes grenser ved å gjenbruke dem inntil de sprekker, da med sine egne Starlink-satellitter som nyttlast.

SpaceX vurderte en stund å modifisere Falcon-rakettens andretrinn slik at også disse kunne gjenbrukes, men gikk etter hvert bort fra dette. Derimot gjenbrukes nyttelastdekselet, som deles i to og daler ned i hver sin fallskjerm etter at førstetrinnet er koblet fra. Etter at man med vekslende hell hadde forsøkt å fange disse i digre nett som var spent over hurtiggående skip, har man nylig valgt å bare plukke dekslene opp fra havet, og heller ta seg bryet med å rense dem for saltvann.

Det første «satellittskallet» i Starlink-konstellasjonen skal etter dagens planer bestå av 1584 satellitter, fordelt på 72 baneplan med 22 satellitter i hvert plan. Nesten alle disse satellittene er allerede skutt opp, men bare rundt halvparten er kommet på plass i sine operative baner, som har høyder på 550 km og ekvatorinklinasjon på 53 grader. Det vil med andre ord gi dårlig dekning for de fleste av oss som bor så langt nord som i Norge.

  Dette blir bedre når første fase av Starlink er bygget ut. Da skal 4408 operative satellitter være i bane, fordelt på fem skall, inkludert 1228 satellitter i baner med 70 eller 97,6 graders inklinasjon, som Norge da kommer godt innenfor. Hittil har alle Starlink-satellittene blitt skutt opp til 53 graders inklinasjon, med unntak av 10 som ble skutt opp i januar 2021 til 97,6 grader. Fortsatt har ingen av de sistnevnte manøvrert seg på plass i sine endelige baner.

STARLINK OG DE ANDRE
De lave oppskytingsprisene SpaceX kan tilby siden de gjenbruker rakettene sine, har gjort at selskapet på ganske kort tid har grabbet til seg flesteparten av de kommersielle oppskytingene på verdensmarkedet, samt mange for NASA, U.S. Space Force og etterretningssatellittorganisasjonen NRO. Men fortsatt er de fleste Falcon-oppskytingene dedikert til SpaceX' egne Starlink-satellitter. Dem har det blitt mange av, og langt flere skal det bli.

Antallet på 1625 Starlink-satellitter SpaceX hittil har skutt opp er faktisk i overkant av antallet på 1584 satellitter SpaceX opprinnelig oppga som nødvendig for å ha et fullt operativt system, som skal tilby høyhastighets Internett til grisgrendte strøk over mesteparten av kloden.

Det tar imidlertid fra én til fem-seks måneder fra satellittene har blitt frakoblet bæreraketten til de har manøvrert seg opp til og eventuelt driftet på plass i sine 550 km høye, operative baner, hvor de skifter status fra «fungerende» til «operative». Av de nå 1526 fungerende Starlink-satellittene er for øyeblikket 882 operative, et tall som vokser raskt. De øvrige rundt 100 satellittene var enten tidlige testsatellitter som har blitt manøvrert ned i atmosfæren, eller er satellitter som har sluttet, eller aldri startet å fungere. Rundt 30 inaktive Starlink-satellitter går fortsatt i bane rundt Jorden. På grunn av de lave banene er de ventet å falle ned om relativt kort tid.

Nettopp det er en av fordelene med å benytte såpass lave baner til store satellittkonstellasjoner, og å koble satellittene fra bæreraketten i enda lavere baner, som for Starlink er i underkant av 300 km. Bremseeffekten fra atmosfæren sørger for å relativt hurtig fjerne satellitter fra rommet dersom de ikke starter å fungere, eller slutter å fungere før de selv har rukket å styre seg ned i atmosfæren.

Faren for en uforholdsmessig stor økning av romskrap har vært en av hovedbekymringene med kjempekonstellasjoner som Starlink. Dersom Starlink slår igjennom kommersielt, ser SpaceX for seg en konstellasjon på over 40 000 satellitter. Det er langt flere enn nødvendig for å ha kontinuerlig, global dekning, men nødvendig dersom man får tiltrukket seg mange brukere, siden hver Starlink-satellitt ikke har ubegrenset kapasitet. Antallet satellitter skal gradvis bygges ut i takt med etterspørselen.

Foreløpig har SpaceX fått konsesjon av FCC til å skyte opp 12 000 satellitter. FCC – Federal Communications Commission - er USAs nasjonale reguleringsmyndigheter for telekommunikasjon og videreformidler vanligvis forespørsler fra selskaper i sitt land til ITU - International Telecommunication Union. Å få opp de enorme mengdene satellitter vi snakker om blir i tilfelle en oppgave for Starship, med dets enorme løftekraft og forventede oppskytingsfrekvens. Selv SpaceX' flåte av gjenbrukbare og meget kapable Falcon 9-raketter blir for stusslig for dette. Falcon 9 skyter vanligvis opp 60 av de 260 kg tunge satellittene om gangen.

Reduksjon av romskrap skal også være en viktig grunn til at SpaceX i 2020, for n'te gang, endret planene for hvordan satellittene i de første fasene av prosjektet skal fordeles i rommet. Som tidligere planlegger SpaceX å spre satellittene over flere «skall». Hvert skall skal bestå av flere baneplan med lik høyde og inklinasjon, med flere satellitter i hvert plan (se den nederste illustrasjonen vedlagt artikkelen).

SpaceX så tidligere for seg at noen av disse skallene skulle være 1100-1300 km høye. Men i den høyden vil døde satellitter fortsette å kretse i århundrer. De nye planene reduserte de høyeste skallene til 560-570 km, altså omtrent høyden av det første skallet, som bygges ut nå. Her snakker vi om måneder eller noen få år, snarere enn århundrer.

Endringene ble møtt av heftige, kanskje eller kanskje ikke berettigede protester fra operatører av andre kommunikasjonssatellitter eller av planlagte, tilsvarende konstellasjoner, som mente dette ville forstyrre deres satellitter. FCC så tydeligvis ikke de samme problemene, og ga i slutten av april, etter å ha vurdert saken et helt år, SpaceX tillatelse til å gjennomføre de nye planene.

Også andre selskaper planlegger altså store konstellasjonen av Internett-kommunikasjonssatellitter i lave baner, men ved siden av Starlink er det så langt bare OneWeb som har fått noen opp i rommet. OneWeb gikk til og med konkurs i fjor (eRomfart 2020-022) men ble senere mer eller mindre stablet på beina igjen etter at den den britiske regjeringen og det indiske konglomeratet Bharti Enterprises hadde skutt inn 500 millioner dollar hver.

OneWeb har til nå fått 176 operative satellitter i bane, pluss seks testsatellitter, av 648 planlagte. Siden satellittene kretser mer enn dobbelt så høyt som Starlink, trengs færre for å dekke hele kloden. OneWeb-satellittene skytes vanligvis opp 36 om gangen med russiske Sojuz-bæreraketter, formidlet gjennom det europeiske selskapet Arianespace, senest fra Vostochny i øst-Russland 25. april.

Mens Starlink skal formidle kommunikasjon direkte til og fra terminaler som enkeltbrukerne selv bestiller fra SpaceX, baserer OneWeb seg på å koble til teleselskaper, som linker videre til enkeltbrukerne.

En annen Internett-formidlende satellittkonstellasjon som er verdt å nevne er Project Kuiper. Denne skal etter planen bestå av 3236 operative satellitter. Kuiper Systems er et datterselskap av Internett-butikken Amazon, og annonserte 19. april at de innledningsvis har bestilt ni Atlas V-oppskytinger fra selskapet ULA (United Space Alliance).

Jeff Bezos, gründer og hovedeier av Amazon, har for lengst gjort kjent at Kupier-satellittene er designet for å kunne skytes opp med nærmest enhver type tilgjengelig bærerakett. Likevel var nok mange forbauset over valget av Atlas V foran den planlagte bæreraketten New Glenn, som bygges av Blue Origin, som Bezos også er gründer og hovedeier av. ULA eies av Boeing og Lockheed Martin.

Årsaken er nok relativt pragmatisk. Det har sivet ut informasjon om at Blue Origin-ingeniørene sliter med å få skrudd sammen den digre New Glenn-raketten. For å få fortgang i sitt prosjekt er det ikke urimelig at Kuiper-avdelingen er mer enn fornøyde med å ha fått tak i en rakett som faktisk er tilgjengelig, og i tillegg kan skilte med en solid oppskytingsstatistikk. Og ikke minst, en som erkerival Elon Musk ikke har noe med å gjøre.