BFR

SpaceX:n kehitteillä oleva avaruusraketti
Taiteilijan näkemys BFR -raketin laukaisusta avaruuteen, vuoden 2018 versio.

BFR (Big Falcon Rocket) on SpaceX:n kehitteillä oleva avaruuskuljetusjärjestelmä, joka koostuu Maasta tapahtuvien laukaisujen yhteydessä ensimmäisenä vaiheena käytetystä BFB.rakettivaiheesta (BFR-booster-kantoraketti, Super Heavy) ja toisena vaiheena toimivasta BFS:stä (Big Falcon Starship tai Starship). BFS on rakettivaiheen ja avaruuskapselin kiinteä yhdistelmä. Raketin hyötykuormatavoite matalalle Maan kiertoradalle on ainakin 100 tonnia, mikä tekee BFR:stä on superraskaan kantoraketin. BFS:n on tarkoitus kyetä lentämään Maasta Marsiin sekä nousemaan sieltä ja palaamaan Maahan hyödyntämällä välitankkauksia.

SpaceX:n tavoitteena on lopulta käyttää BFR:ää kaikkiin lentoihinsa.[1] Näihin kuuluvat nykyisten Falcon-rakettien lennot ja tulevat Kuu- ja Mars-lennot.

Super Heavy on jatkumoa Falcon 9 -raketin uudelleenkäytettävälle ensimmäiselle vaiheelle, mutta uudessa kokoluokassa ja uudella ajoaineella. Sen ajoaineena on nestemetaani ja nestehappi. Rakettimoottorina on uusi Raptor.

Starship sen sijaan on täysin uutta monella tapaa jo perusratkaisujen tasolla. Se on rakettivaiheen ja avaruuskapselin yhdistelmä. Kaasukehälliselle kappaleelle kuten Maahan tai Marsiin laskeutumisessa se käyttää aluksi ruostumattomasta teräksestä valmistettua laajaa runkoaan hidastamaan valtaosan vauhdistaan. Aerodynaamisen jarrutuksen aikana alusta ohjataan etuosan kahdella pienemmällä ja takaosan kahdella isommalla siivekkeellä. Ohjaustapa muistuttaa enemmän laskuvarjohyppääjää kuin lentokonetta. Lopulta alus kääntyy ja laskeutuu propulsiivisesti pystyyn jalkojensa varaan. Starshippiä on tarkoitus rakentaa kolme eri versiota: miehitetty alus, miehittämätön rahtialus sekä miehittämätön avaruustankkeri.[2] Tankkerilla on tarkoitus tankata avaruusalus avaruudessa. Lisäksi suunnitelmana on tankata alusta Marsissa paikan päällä tehdyllä ajoaineella. Tällöin alus voisi palata Marsista Maahan. Rakettimoottorina on Raptor.

Joulukuussa 2019 Starshipin ensimmäiset täysikokoiset kappaleet SN1 ja SN2 ovat rakenteilla. Samalla Super Heavyn osia ja Raptor-moottoreita valmistetaan. Seuraava lentotavoite on noin 20 kilometrin lento pelkällä Starshipillä vuonna 2020.

BFR:n kehityshistoriaMuokkaa

SpaceX:n tavoite on perustamisesta alkaen ollut Mars-lennot. Mars Colonial Transporter nimellä hanke kulki vuoteen 2016 saakka. Siitä ei julkaistu missään vaiheessa yksityiskohtia.

2016 Interplanetary Transport SystemMuokkaa

24. syyskuuta 2016 IAC-konferenssissa Meksikossa Musk esitteli ensimmäistä kertaa julkisesti järjestelmää. Nyt nimenä oli Interplanetary Transport System eli ITS. Esitetyt arkkitehtuurin peruspalaset olivat:

  • Täysi ja nopea uudelleenkäytettävyys. Tavoitteena kustannusten alentaminen ja toisaalta edestakaisin matkaaminen vaikkapa Marsista.
  • Raptor-rakettimoottori, jonka ajoaineena on metaani ja happi. Yhdistelmä on helpoin Marsissa tuotettavaksi.
  • Välitankkaus LEO:lla erillisen tankkeriversion avulla. Välitankkauksella saadaan alukseen tarpeeksi ajoainetta propulsiivista laskeutimista varten.

Raptor-rakettimoottori oli vielä kehitysvaiheessa. Spacex oli saanut Falcon 9:n ensimmäisen vaiheen talteen ensimmäisen kerran noin vuosi aikaisemmin.

Aluksen halkaisija on 12 metriä.

2017 Big Falcon RocketMuokkaa

Vuoden 2017 IAC-konferenssissa Australiassa Musk esitteli päivitettyä suunnitelmaa, nyt nimellä Big Falcon Rocket eli BFR. Merkittävin muutos aluksessa oli halkaijan pieneminen 9 metriin. Samalla esitettiin uusi käyttötapa alukselle, nopea matkustaminen Maassa paikasta toiseen.

2018 Big Falcon RocketMuokkaa

 
Piirros: Vuoden 2018 versio.

Syyskuussa 2018 DearMoon-hankkeen julkistustilaisuudessa Musk esitteli päivitystä suunnitelmaa. Suurin muutos oli aluksen toisen vaiheen ohjaustavan muutos. Delta-siivekkeet korvattiin ohjattavilla etu- ja takasiivekkeillä. Nyt alus laskeutuisi liidokin sijaan kuin laskuvarjohyppääjä. Ohjattavien siivekkeiden lisäksi perässä oli yksi kiinteä siiveke ja siivekkeet toimisivat samalla jalkoina. Tilaisuudessa esiteltiin ensimmäisiä hiilikuiturakenteita ja niiden valmistukseen käytettäviä koneita sekä ensimmäisiä Raptor-testejä.

Marraskuussa Musk ilmoitti, että toinen vaihe oli nimetty Starshipiksi ja ensimmäinen vaihe Super Heavyksi.[3] Samalla koko laitteiston virallinen nimitys jäi epäselväksi.

2019 Ruostumaton teräsMuokkaa

Tammikuussa 2019 paljastettiin, että aluksen materiaaliksi on vaihdettu ruostumaton teräs 301. Koko järjestelmä oli alun perin tarkoitus rakentaa pääosiltaan hiilikomposiiteista. Materiaali on kevyt mutta kallis (materiaalin hinta noin 135$ per kilogramma) sekä hidas ja hankala työstää. Myös sen soveltuvuus tarvittaviin lämpötiloihin oli ongelma. Nämä tekijät johtivat vaihtamaan rakennusmateriaalin perinteisempään mutta samalla myös vaihtoehtoisempaan suuntaan. Pääasialliseksi valmistusmateriaaliksi valikoitui raketeissa harvinaisempi mutta sinänsä perinteinen materiaali ruostumaton teräs. Se on verrattain halpa (3$ per kilogramma) materiaali ja sen käytöstä on valmiiksi runsaasti kokemusta; tosin ei raketeissa sitten 1950-luvun epäonnistuneiden yritysten.[4] Lisäksi sen kestävyys kryogeenisissä sekä kuumissa lämpötiloissa on hyvä.[5] Hetken aikaa ajatuksena oli käyttää perspiraatio-jäähdytystä lämpökilven sijaan. Pienten reikien kautta sumutettaisiin ajoainetta joka suojaisi ja jäähdyttäisi aluksen runkoa. Tästä kuitenkin luovuttiin pian tarpeettomana. Esillä oli ajatus testata Starshipin tekniikkaa kehittämällä Falcon 9:n toisesta vaiheesta testialus "BFS mini".

Materiaalivalinnan myötä Spacex on voinut rakentaa aluksiaan suoraan avoimen taivaan alla ja nopeasti. Ensimmäinen Starship-prototyyppi valmistui täyteen kokoonsa alle vuodessa ja 28. syyskuuta 2019 Musk saattoi jo esitellä Starshipin ensimmäistä prototyyppiä. Lisäksi ensimmäinen uudentyyppisellä Raptor-moottorilla lentänyt alus, Starhopper-testialus, rakennettiin, testattiin ja laitettiin eläkkeelle alle vuodessa. Tässä esityksessä alukseen ei tullut suurempia muutoksia. Esitellyssä Starshipissä oli vain kaksi liikuteltavaa peräsiivekettä vastakkaisilla puolilla ja erilliset jalat. Raptor-moottoreita aluksessa olisi kuusi; kolme ilmakehäoptimoitua ja kolme tyhjiöoptimoitua. Suurimman lämpörasituksen kohdissa olisi keraaminen lämpökilpi. Super Heavyssä moottoreita olisi 37. Laskeutuminen tapahtuisi kuuden kiinteän jalan varaan.

StarhopperMuokkaa

 
Starhopper, ensimmäinen lentänyt prototyyppi, SpaceX South Texas Launch Site

Vuoden 2019 alussa alkoi testikappaleiden rakentaminen. SpaceX rakensi ensimäiseksi Starhopper-nimisen testialuksen Boca Chicassa eteläisessä Texasissa. Itse toimipiste on samalla vasta rakenteilla, joten aluksia rakennetaan suoraan taivaan alla. Kuten Falcon 9:n Grasshopper aikoinaan, Starhopper testasi uuden rakettimoottorin soveltuvuutta propulsiiviseen laskeutumiseen.

Starhopper kohosi pystyyn vain kuudessa viikossa. Takapakkeja on myös tullut, koska aluksen erillisenä ollut nokkaosa kaatui kovassa tuulessa ja on ollut sen jälkeen jatkohuollossa. [6] Valmistuttuaan alus siirrettiin läheiselle laukaisualustalle. Aluksen testaus alkoi ajoaineen tankkauskokeilla. [7] 3. huhtikuuta 2019 Raptor-moottori sytytettiin ensimmäistä kertaa osana alusta staattisessa testissä, jossa alus on liekalla kiinni alustassa. [8] Ensimmäinen vapaa lento tehtiin 25. heinäkuuta 2019 yhdellä moottorilla. 22 sekunnin lennolla alus nousi noin 200 metrin korkeuteen ja liikkui myös sivusuunnassa. Lopuksi alus laskeutui hallitusti alas. 2019 Starhopper lensi pisimmällä ja samalla viimeisellä lennollaan 200 metrin korkeuteen ja laskeutui viereiselle alustalle. Testien jälkeen se muutettiin rakettimoottorien testausalustaksi ja Spacex siirtyi täysipainoisesti rakentamaan täysikokoisia prototyyppejä.

Prototyyppien rakentaminen alkaaMuokkaa

Starhopperin jälkeen pääpaino BFR:n kehityksessä siirtyi täysikokoisen Starshipin rakentamiseen. Osittain Super Heavyn rakentamista viivyttää Raptor-moottorien tuotannon lisääminen, koska siihen tarvitaan moninkertaisesti enemmän moottoreita. Toisaalta sitä ei tarvita ennen kuin Starship on valmis kiertoradalle. Starshipin uusia ominaisuuksia voidaan testata laukaisemalla se sen omilla moottoreilla.

Eri prototyyppiversioita rakennetaan samaan aikaan Texasissa ja Floridassa. Texasissa rakentaminen tapahtuu SpaceX South Texas Launch Site -keskuksessa. Floridassa rakentaminen alkoi Cocoa Beachissä, jossa on rakennettu Mk2:ta. Foridan rakennuspaikka on tarkoitus on siirtää Roberts Roadin varteen lähelle Kennedy Space Centerin laukaisualustoja. Rakennustyöt SpaceX operations center, Roberts Roadilla ovat jo alkaneet (2019).

Super Heavyn kehityshistoriaMuokkaa

Protojen rakentaminenMuokkaa

Super Heavyn osat ovat rakenteilla. Super Heavy -protojen kasaaminen on tarkoitus alkaa 2020. SH Mk1 Texasissa ja SH Mk2 Floridassa.

Starshipin kehityshistoriaMuokkaa

Protojen rakentaminenMuokkaa

 
Starshipin Mk2-prototyypin rungon kolme osaa elokuussa 2019 Floridassa.

SpaceX rakentaa useaa prototyyppiä rinnakkain. Kokoonpanoa ja testausta tehdään kahdessa toimipisteessä, molemmat lähellä aiottuja laukaisualustoja; Eteläisessä Texasissa Boca Chicassa ja Floridassa Cocoa Beachillä. Näistä Texasin toimipisteeseen on tarkoitus rakentaa täysin uusi SpaceX:n laukaisukeskus. Floridassa nykyinen (2019) toimipiste on jonkin verran etäällä laukaisualustasta. SpaceX:n onkin tarkoitus siirtää se lähemmäs laukaisukeskusta. Floridan laukaisualustana on tarkoitus käyttää päivitettyä perinteikästä Kennedy Space Centerin LC-39 A:ta.

Mk1 rakennettiin Boca Chicassa. Suunnitelmana oli tehdä sillä maksimissaan 20 kilometrin korkuinen testilento. Se koottiin väliaikaisesti täyteen mittaansa syyskuussa 2019 vaikkakaan ei toiminnallisesti. Kuivamassa on 200 tonnia. Myöhempien tietojen mukaan Mk1:ä ei ollut enää tarkoituskaan käyttää testilentoihin vaan se jäisi valmistustekniseksi harjoitteeksi. Marraskuussa 2019 Mk1:n alaosan tankki repeytyi painetestauksen aikana ja koko osa vaurioitui pahoin .[9] Tapahtumahetkellä alus oli kahdessa osassa, joten yläosa ei vaurioitunut.[9] Tankin kupolimainen etupääty irtosi ja lensi noin sadan metrin korkeuteen.[9] Seurannut paineisku rikkoi myös alaosaa ja siitäkin purkautui kaasua.[9] Mk1:sta ei ole tarkoitus korjata vaan SpaceX siirtyy suoraan seuraavan version Mk3:n rakentamiseen.[10] Siinä runko tehdään yhtenäisistä siivuista, jotka hitsataan yhdellä saumalla lieriöiksi ja sitten toisiinsa. Mk1 hitsattiin useammista palasista.

Mk2 on rakenteilla Cocoa Beachillä. Mk3 rakentaminen alkoi Boca Chicassa Mk1:n jälkeen mutta pian sen nimitys muutettiin SN1:ksi. Sen on tarkoitus olla kiertoratakelpoinen.

SN1Muokkaa

SN1:n on tarkoitus olla ensimmäinen täysikokoinen ja lentävä Starship. Sitä rakennetaan Boca Chicassa. Joulukuussa 2019 Musk arvioi, että tätä V1.0-sarjaa tehtäisiin noin 20 kappaletta. Kappaleiden välille on odotettavissa ainakin pienehköjä päivityksiä.

Alus hitsataan protoja suuremmista yhtenäisistä palasista TIP TIG-menetelmällä. Aluksen kuivamassa on noin 160 tonnia. Siivekkeitä ohjataan suoraan ilman hydrauliikkaa rinnakkain kytketyillä Tesla Plaid -moottoreilla. Takasiivekkeiden tehon tarve on 1,5 MW per siiveke. Raptor moottorit käynnistetään COPV-kaasulla.

SN2Muokkaa

Tammikuussa 2020 SN2:n valmistus siirtyy tuulensuojaan lähes puhdastiloihin.

TestilennotMuokkaa

Marraskuussa 2019 tavoite on aloittaa testilennot vuonna 2020 ja ensimmäisen testilennon on tarkoitus nousta noin 20 kilometrin korkeuteen.

RakenneMuokkaa

BFR
Valmistaja SpaceX
Mitat
Korkeus 118 m
Halkaisija 9 m
Massa 4 400 000 kg
Kapasiteetti

100,000+ kg (LEO; välitankkauksella myös Kuu ja Mars)

Laukaisuhistoria
Status kehitteillä
Vaiheet
1.  -  Super Heavy
Moottori: 31*Raptor
Työntövoima: 61,8 MN
Ajoaine: CH4 / LOX
2.  -  Starship
Moottori: 7*Raptor
Työntövoima: 13.9 MN
Ajoaine: CH4 / LOX

BFBMuokkaa

Super Heavyn ulkohalkaisija on 9 metriä. Sen yläosassa on verkkosiivekkeet. Alaosassa on laskeutumisjalat.

BFSMuokkaa

Starshipin ulkohalkaisija on 9 metriä. Aluksen etu- ja takapäässä on ohjaussiivekkeet.

LennotMuokkaa

Ensimmäisenä tilattu Starship-lento on miehitetty Kuun ympärilento. Syyskuussa 2018 julkistetun DearMoon-hankkeen Kuun ympärilennon toteutumistavoite on 2023. Japanilainen miljardööri Yūsaku Maezawa on valittu ensimmäiseksi matkustajaksi kaupalliselle kuulennolle.[11]

LähteetMuokkaa

Aiheesta muuallaMuokkaa