Vellykket test av Crew Dragons unnslipningssystem*

Vellykket test av Crew Dragons unnslipningssystem*

Publisert av Norsk Astronautisk Forening den 13.12.20. Oppdatert 02.05.21.

eRomfart 2020-004 Norsk Astronautisk Forening, 20.01.2020

 

Dette 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.

 

Crew Dragon-fartøyet i det åtte SuperDraco-rakettmotorer skyver det bort fra bæreraketten (Illustrasjon: SpaceX)

 

Vellykket test av Crew Dragons unnslipningssystem

 

Av Øyvind Guldbrandsen

Det amerikanske aerospaceselskapet SpaceX gjennomførte søndag 19. januar 2020 en full test av unnslipningssystemet til et romfartøy av typen Crew Dragon, inkludert oppskyting med en Falcon 9-bærerakett. Det vil ta noe tid å gå igjennom alle dataene, men alt tyder så langt på at testen var vellykket på alle vesentlige punkter. Dette var den siste store testen av et Crew Dragon-fartøy før det kan brukes til bemannede ferder.


Til forskjell fra den originale Dragon, som i flere år har blitt benyttet til å frakte forsyninger på ubemannede ferder til og fra Den internasjonale romstasjonen ISS (se eRomfart 2020-002), er Crew Dragon utstyrt med et unnslipningssystem som skal sende romfartøyet vekk fra bæreraketten dersom en krisesituasjon skulle oppstå like før eller under oppskytingsfasen. En sentral del av unnslipningssystemet er åtte små, men kraftige SuperDraco-rakettmotorer som er fast montert parvis i fire poder rundt kapselen.

Crew Dragon benytter altså ikke redningstårn, som Mercury- og Apollo-romfartøyene benyttet, og som Sojuz-fartøyene fortsatt benytter. Redningstårn har rakettmotorer med samme oppgave som Crew Dragons SuperDraco-motorer, men er montert over romkapselen. Ved en vellykket oppskyting kobles redningstårnene fra noen få minutter etter at oppskytingen starter.

Oppskytingen av Crew Dragon, som var uten mennesker om bord, startet kl. 16:30, norsk tid fra oppskytingsrampe 39A på Cape Canaveral i Florida. Selv om det aldri var meningen at rakettens andretrinn skulle avfyres under ferden var begge trinnene fylt med drivstoff for å gjøre testen mest mulig realistisk.


Oppskytingen av Crew Dragon-romfartøyet på testferden skjedde fra Cape Canaveral med en Falcon 9-bærerakett, som også skal benyttes på de fremtidige, operative Crew Dragon-ferdene til og fra ISS. Samme type bærerakett brukes også til oppskyting av de ubemannede Dragon-fartøyene samt til både kommersielle, vitenskapelige og militære nyttelaster. (Foto: SpaceX)


Et minutt og 24 sekunder etter start, i en høyde av omtrent 21 km, ble de ni Merlin 1D-rakettmotorene i Falcon-rakettens førstetrinn, som da fortsatt var omtrent halvfullt av drivstoff, slått av for å simulere en fatal svikt. Dette skjedde samtidig med at Crew Dragon-fartøyet ble koblet fra og en åtte sekunder lang avfyring av dens åtte SuperDraco-motorer startet. Motorene skjøv både kapselen og lasteseksjonen vekk fra bæreraketten, med en akselerasjon på rundt 4 G. Den sylinderformede lasteseksjonen er utstyrt med aerodynamiske finner som bidrar til å stabilisere Crew Dragon under flukten.


Stillbilde fra et langtrekkende sporingskamera viser øyeblikket da Crew Dragons SuperDraco-motorer tenner. Mange sporingskameraer hadde problemer med å følge ferden, som skjedde i delvis overskyet vær. Dette til tross for at et av kriteriene for å gjennomføre testen var at vær og skydekke ikke skulle hindre god kameradekning. (Foto: SpaceX)



Et par sekunder senere har kapselen, med den ennå tilkoblede lasteseksjonen, allerede fjernet seg et godt stykke fra bæreraketten. På grunn av avstanden til kameraet er kun den hvite halvsiden av lasteseksjonen synlig på bildet, som en tynn strek på venstre side bak kapselen. (Foto: SpaceX)


Den simulerte svikten var med hensikt lagt til et tidspunkt under oppskytingsfasen hvor de aerodynamiske belastningene var nær det maksimale, kjent som max Q. Uten det aerodynamisk formede romfartøyet på toppen ble belastningene direkte på Falcon-raketten, da med et andretrinn i front som fungerte nærmest som en trakt, så store at raketten nesten umiddelbart kom ut av kontroll, før den brøt sammen og eksploderte som en bombe, i en enorm ildkule etter omtrent 12 sekunder i fri flukt. Det var forventet at raketten skulle ødelegges etter at Crew Dragon hadde stukket av.


Falcon 9-raketten eksploderte, ikke uventet, i en diger ildkule få sekunder etter at Crew Dragon-fartøyet var frigjort. Romfartøyet befinner seg utenfor bildekanten oppe til høyre. Falcon-rakettens andretrinn er så vidt synlig i spissen av ildkulen. Bilder viser at trinnet var tilnærmet intakt hele veien ned, inntil det eksploderte da det traff havoverflaten. (Foto: SpaceX)

 

Noe overraskende overlevde andretrinnet eksplosjonen, og eksploderte først da det traff havoverflaten et par minutter senere.

Crew Dragon-fartøyet fortsatte derimot sin egen frie flukt langs en ballistisk bane opp til en høyde av omtrent 40 km, før det begynte å dale nedover. Underveis ble lasteseksjonen koblet fra, før kapselens mindre Draco-stillingskontrollmotorer sørget for å dreie romfartøyet med bunnen og varmeskjoldet i fartsretningen.

Stillbilde fra et kamera i Crew Dragon-kapselen viser lasteseksjonen med de aerodynamiske finnene rett etter at den er koblet fra kapselen. Det skjedde ett minutt etter at Crew Dragon var frigjort fra bæreraketten. (Foto: SpaceX)

 

Kapselens to pilotskjermer ble utløst fire minutter og 45 sekunder etter start, i en høyde av omtrent 6 km, etterfulgt av utløsning av de fire 35 m store hovedskjermene ved T+5 minutter og 36 sekunder, i en høyde av omtrent 2 km. Kapselen plasket ned i Atlanterhavet, omtrent 30 km utenfor Florida-kysten med en fart på rundt 8 m/s, så vidt under ni minutter etter start. Noen timer senere var det lastet om bord i et bergingsfartøy.

Etter at to pilotskjermer er utløst ble de fire hovedskjermene foldet ut og sørget for en trygg landing i Atlanterhavet. Stillbildet til venstre er tatt fra et kamera i kapselen, det til høyre fra et overvåkningsfly. (Foto: SpaceX)



Crew Dragon skal først og fremst brukes til å frakte amerikanske astronauter, men også andre lands romfarere til og fra ISS. Siden romfergene ble satt på bakken i 2011 har alle bemannede ferder til og fra ISS foregått med russiske Sojuz-romfartøy, som det vanligvis skytes opp fire av i året, hver med tre personer om bord. NASA, som betaler Russland 80 millioner dollar per sete (tur/retur) for denne tjenesten, har lenge ønsket å gjøre seg uavhengige av Russland for å få brakt astronauter ut i rommet og har derfor bevilget til sammen over 6 milliarder dollar til SpaceX og Boeing for å utvikle og bygge romfartøy slik at man «kan skyte opp amerikanske astronauter med amerikanske raketter fra amerikansk jord», som en tilsynelatende fornøyd NASA-sjef Jim Bridenstine formulerte det på en pressebriefing etter testen.

Både SpaceX' Crew Dragon og Boeings CST-100 Starliner foretok i 2019 sine første ferder i bane rundt Jorden, begge ubemannede. Ferden med Starliner var imidlertid en skuffelse, ettersom en dårlig innstilt timer i romfartøyet forårsaket at det ikke kom opp i den nødvendige banen for å kunne koble seg til ISS. Bortsett fra dette fungerte både romfartøyet og bæreraketten som de skulle. Det er fortsatt ikke bestemt om man skal sende Starliner opp på en ny, ubemannet ferd før den sendes til ISS med folk ombord.

For få dager siden ble det uttalt at dersom det ikke oppdages eller oppstår uforutsette problemer vil Crew Dragon være «fysisk klar» til en bemannet oppskyting allerede i slutten av februar. SpaceX-gründer Elon Musk uttalte imidlertid etter testferden at den første bemannede ferden, kalt SpaceX Demo-2, eller DM-2, mest sannsynlig vil skje en gang mellom april og juni i år. Crew Dragon, som vanligvis vil ha fire romfarere om bord, men som er dimensjonert for å huse inntil syv, skal etter nåværende planer da dra på en toukersferd til og fra ISS med de to NASA-astronautene Doug Hurley og Bob Behnken om bord.

SuperDraco-motorene, hver med en skyvekraft på rundt 71 kN, er plassert parvis rundt kapselen. Her uten det beskyttende skroget rundt. Inntil for noen år siden var det intensjonen å også benytte disse under landingen, men det gikk man senere bort fra. (Foto: SpaceX)