Nedávné selhání při přistání Falconu 9 zapříčinilo opotřebení ochranné manžety na motoru

Starty SpaceX probíhají už tak často a Falcony při nich přistávají s takovou úspěšností, že by se to celé dalo nazvat rutinou. Ale kosmonautika je neúprosná a ne nadarmo je považována za jednu z nejobtížnějších oblastí lidské činnosti. Bylo tedy jen otázkou času, kdy se během některé z misí SpaceX opět objeví nějaká anomálie. Nakonec k ní došlo 16. února u další z mnoha misí s družicemi Starlink. Naštěstí tedy nešlo o start s lidmi a navíc problém měl vliv jen na přistání prvního stupně Falconu 9, nikoli vynesení satelitů. Manažer ze SpaceX aktuálně prozradil podrobnosti o této nehodě, jejíž příčinou bylo poškození jednoho z motorů Merlin.

Statický zážeh Falconu 9 před misí Starlink v1-19 (Foto: Spaceflight Now)

Mise Starlink v1-19 probíhala zdánlivě v pořádku a první známky potíží se během živého přenosu objevily až při návratu prvního stupně do atmosféry. Falcon 9 provádí necelé dvě minuty před přistáním tzv. vstupní zážeh, při kterém se znovu zapálí tři motory Merlin, a tím se klesající stupeň zpomalí před návratem do hustých vrstev atmosféry. Po dokončení zážehu ale bylo u motorové sekce tentokrát vidět nezvyklé světlo. Nedlouho poté se zasekla telemetrie prvního stupně a když režie přepla na záběr z mořské přistávací plošiny OCISLY, byla vidět jen oranžová záře v dáli. Bylo tedy okamžitě jasné, že přistání se nezdařilo a stupeň dopadl do oceánu. Přerušila se tím dosud nejdelší šňůra 24 úspěšných přistání Falconů v řadě od posledního selhání při misi Starlink v1-5 v březnu 2020. Tehdy byl příčinou nesprávně vyčištěný motor Merlin. Co přesně se tedy stalo teď během únorové mise Starlink v1-19?

Srovnání vstupního zážehu během mise Starlink v1-19 s tou předchozí, která měla totožný profil:

K nehodě došlo 16. února a SpaceX se následně docela dlouho k situaci nevyjadřovalo. Ostatní plánované starty Falconů však byly odloženy, zatímco probíhalo vyšetřování příčin anomálie při přistání. Podrobnosti jsme se nakonec dozvěděli 1. března během tiskové konference NASA při příležitosti blížící se pilotované mise Crew-2 se čtyřmi astronauty. Konference se kromě zástupců NASA zúčastnil také Benji Reed, který má ve SpaceX na starosti mise s lidskou posádkou. Novináři se pochopitelně zeptali na únorovou nehodu při přistání Falconu v kontextu toho, jaký to případně bude mít dopad na chystanou misi s astronauty.

Benji Reed prozradil, že příčinou problému byla manžeta na jednom z motorů Merlin, která chrání určité komponenty během letu. V manžetě se vytvořila díra, kvůli které došlo k unikání horkých plynů do míst mimo motor, kde neměly co dělat. To vedlo k automatickému vypnutí daného motoru. Podle Reedových slov pak následně při vstupním zážehu raketa neměla dostatek tahu a přistání selhalo. Následující fotka ukazuje, kde na raketě se nacházejí zmíněné manžety (angl. „boots“):

Manžety motorů na velmi starém stupni B1019, což byl úplně první exemplář Falconu 9 ve variantě v1.2. Stupeň letěl na misi Orbcomm-2 a jako první v historii úspěšně přistál. (Foto: SpaceX a @SpacecoastPix)

Na této misi letěl stupeň B1059.6, pro který toto byl „teprve“ šestý start. Proto je zajímavé, že podle Reeda měl typ manžety na selhaném motoru za sebou zatím nejvíce misí. Přitom existuje několik dalších stupňů, které už absolvovaly více než šest misí. To by mohlo znamenat, že SpaceX zavedlo někdy po premiéře raketové varianty Block 5 odlišný typ manžet motorů, který pak byl zpětně nainstalován i na starší stupně. Nebo možná dřívější typ manžet bylo potřeba měnit už po pár startech, a tak se žádný kus nedočkal tolika misí.

Benji Reed následně zdůraznil, že primárním úkolem mise bylo vynesení družic Starlink, a to bylo úspěšné díky tomu, že raketa je schopná vykompenzovat ztrátu motoru během letu. Vyznělo to tedy tak, že motor selhal ještě před oddělením stupňů, podobně jako tomu bylo při misi Starlink v1-5. Tehdy po selhání jednoho Merlinu musely zbylé motory hořet o něco déle, aby vynahradily snížený tah, což se jasně projevilo pozdějším oddělením stupňů. Jenže u aktuální mise Starlink v1-19 telemetrie neindikovala, že by před oddělením stupňů došlo k nějakému problému. Vše probíhalo přesně podle plánu a viditelné potíže se objevily až ke konci vstupního zážehu, tedy krátce před přistáním prvního stupně. Benji Reed bohužel neodpověděl na otázku novinářky ohledně toho, kdy přesně motor selhal. Momentálně se tedy na fórech vedou debaty o tom, jak to vlastně Reed myslel, který motor selhal a kdy, a jak to ovlivnilo provedení vstupního zážehu. Nezbývá než doufat, že časem někdo vyjasní celou posloupnost událostí.

Fotky motorové sekce na novějších stupních typu Block 5:

Benji Reed každopádně dál poukázal na to, že mise Starlink jsou ideální pro hledání hranic znovupoužitelnosti v kontextu životnosti jednotlivých komponentů a potřebné údržby mezi starty. Tyto mise můžou testovat mnohokrát použité stupně a bez velkého rizika odhalovat tyto menší problémy. SpaceX se pak z nich může poučit a patřičně upraví procesy pro inspekce či repasování. Všechny následující starty jsou pak o to bezpečnější.

K této problematice se před pár dny vyjádřil také Hans Koenigsmann, viceprezident bezpečnosti letů ve SpaceX (ale už ne na dlouho). Uvedl, že raketové stupně jsou pravidelně kontrolovány a myslí si, že 10 startů každého stupně je spíše minimální životnost, nikoli limit. Předpokládá tedy, že jednotlivé stupně budou použity více než desetkrát, přičemž životnost lze případně ještě prodloužit výměnou opotřebovaných komponentů za nové po určité době.

Co se týče postoje NASA, tak ta sleduje vyšetřování aktuální anomálie při přistání, ale zástupci agentury nevyjádřili žádné obavy. Nadále platí, že na jarní misi Crew-2 poprvé poletí astronauté v již použitém Dragonu na již použité raketě. V tomto případě ale půjde o stupeň i loď, které za sebou mají pouze jednu misi, takže je mizivá šance, že nastane nějaký podobný problém související s opotřebením komponentů.

Příští start SpaceX je v plánu na čtvrtek 4. března. Půjde o mnohokrát odloženou misi Starlink v1-17, tentokrát se stupněm, pro který to bude již osmý start. Je možné, že některé z odkladů souvisely s úpravami nebo dodatečnými inspekcemi, které SpaceX provedlo na základě poznatků z vyšetřování anomálie při přistání. To je ale jen moje spekulace. Na zbytek března jsou pak v plánu minimálně další dvě mise Starlink. Vyšetřování nehody ve výsledku způsobilo jen asi dvoutýdenní zdržení plánovaných startů SpaceX.

Zdroje: Spaceflight Now, tisková konference Crew-2




Mohlo by se vám líbit...

Odebírat komentáře
Nastavit upozorňování na
guest
25 Komentáře
nejstarší
nejnovější nejlepší
Inline Feedbacks
Zobrazit všechny komentáře
PetrV

Stejně obdiv za výdrž 1. stupně. Petře, díky za článek.

sirka

“V tomto případě ale půjde o stupeň i loď, které za sebou mají pouze jednu misi, takže je mizivá šance, že nastane nějaký podobný problém související s opotřebením komponentů.”

Člověk nemůže nevzpomenout na Titanic.

Držme jim palce!

Vašek

To není moc dobrá analogie. U Titanicu byl problém s konstrukcí a nejspíš i lidskou ješitností než s opotřebováním komponent. Titanic neplul přes oceán po šesté.

Václav Procházka

Nikdo neví, jestli není u SPX také problém s konstrukcí …. U Titanicu oficiálně nešlo o problém s konstrukcí, ale s postupem posádky. Neoficiálně pak máme řadu konspiračních teorií včetně pojistného podvodu …

Vašek

Že na Titanicu nebyl problém s konstrukcí? Tak já vím hned o několika hlavních problémech a několika dalších vedlejších problémech. Jenom pár pro příklad – špatně navržené vodotěsné přepážky, malé kormidlo neschopné dostatečně manévrovat s tak velkou lodí, špatné nýty na trupu lodi. A tak se dá pokračovat…

Pavelll

Dik za zajimavy a fundovany clanek. Cesky preklad pro ty “boots” by mohl byt manzety. Nebo navlek (podobne pouzivam na bezkach ;-)) Preci jen “kryt” mi evokuje neco pevneho, kdezto tyhle boots jsou pruzne.

Naposledy upraveno před 1 měsícem uživatelem Pavelll
Jan Tichavský

Manžety, to mi přípomíná vznášedla, prostě taky kryt lemující něco dokola.

Ivo Janáček

Podle toho co jsem viděl a podle toho co se stalo, tak si myslím, že to mohlo být nejspíše takto:

Při stoupání se nemají jak dovnitř dostat horké plyny a tedy vše v pohodě až po oddělené a přeletovou fázi. Poté zapálení motorů a vlivem poškozené izolace se dovnitř dostaly horké spaliny a poškodily motor, který byl díky tomu asi elektronikou včas odstaven. Co už ale elektronika nezvládla je kompenzace tohoto odstavení a nebo průnik plynů byl tak velký, že došlo k poškození i dalších motorů/částí a tudíž následně už nebylo možné raketu ovládat. Ovšem teď si vzpomínám, že jednotlivé motory by měly být oddělené, takže by nemělo dojít k poškození dalších motorů. V tom případě dává smysl to, že upraví software a příště by možná z tohoto ještě byli schopni nějak vyklouznout byť asi s částečným poškozením díky vyššímu tepelnému zatížení, ale možná by to posadili na plošinu.

tjov

znovu zapálit umějí 3 motory, takže tohle se dotklo jednoho z těch 3. Pokud by odešel krajní tak je otázka zda-li je vůbec reálné kompenzovat tah tak aby trajektorie mířila správným směrem. Pokud odejde středový tak je to jedno, protože na něj stupeň provádí přistání.

Redudanci krajních je možné technicky provést , ale pochybuji že mají palivo a čas při entry-burn nahodit jiné dva motory. Takže jednoduché řešení je upravit servisní plán/manžetu tak, aby manžeta znovu nepraskla. Vzhledem k tomu, že opakovaných zážehů (100+ přistání) bylo hodně tak je to vlastně jen dílčí problém a je fajn že tu zkušenost získali takhle lacino.

tjov

opravuji se: startů je 100+, pokusů o samotné přistání 85

Ivo Janáček

Jak je uvedeno v článku, tak se snaží to řešit. Podle mě jde o to upravit software tak, aby v takovém případě šel přes limity, jednak teplotní (vyšší rychlost) a jednak výkonové (vyšší krátkodobý výkon motoru) a tudíž by se dalo přistát i se dvěma motory a to za cenu třeba i mechanického poškození motoru, ale pořád zachráníte stupeň a další motory. Současně si myslím, že půjdou cestou jako je u letadel FADEC, takže budou hlídat separátně každý motor a dělat si statistiku a podle ní pak budou předem vědět co který motor potřebuje.

Samozřejmě pokud motor odejde cestou nahoru, pak bude priorita zachránit misi a nezbude palivo na návrat, ale to je jiná situace.

Invc

Tam je problém v jakém stavu přežiješ reeentry (jestli ho přežiješ). Tohle software nemá jak řešit.

Fyzika tě nutí udržovat se pod určitou kombinací rychlosti a hustoty atmosféry danou tepelnou odolností spodku… Pokud budeš brzdit pomaleji než si na začátku plánoval – budeš v hustších vrstvách atmosféry rychlejší, což znamená vyšší příjem tepla – a pravděpodobně se dostaneš mimo schopnosti fyzické tepelné ochrany a dojde k nějakému poškození (které tě může odpískat). Pokud máš poškozenou spodní tepelnou ochranu … pak jsou ty limity jiné, než si plánoval původně… a k tomu dalšímu poškození může dojít i když jseš v limitech, které by jinak byly normální…. Tomu software nemá jak zabránit (ta třetí mocnina rychlosti – je fakt potvora).

Vzhledem k tomu, že potřebuješ minimalizovat palivo – tak už teď jsou velmi blízko limitu toho, co tepelná ochrana snese – takže tam už nebude moc prostoru kam jít dále.

Navíc ve chvíli, kdy zjistíš, že máš během reentry problém – už nemáš možnost jej reálně vyřešit. Jedinou reálnou volbu, kterou máš je – jestli necháš poškozený motor běžet nebo ho střihneš. A tam bude úvaha – co se stane, když nechám běžet rozbitý motor – rozpadne se? Vybuchne? způsobí, že už nedokážeš odříznout palivo a lox který přes něj pod tlakem teče (bůhví kam?) a aerodynamický odpor ti ho rve (spolu s volnými kusy motoru) zpět do rakety ?

Delší běh motorů (kterým se běžně kompenzuje výpadek tahu) – ti nic nepřinese … ty máš problém už teď … delší tah motorů by ti pomohl “potom” – jenže potom už ti to je k ničemu. Pokud si všimneš, tak oni po skončení entry burn nechávají stupeň opět zrychlit na terminální rychlost … (delší běh motorů bys potřeboval na “začátku” entry burn … na konci je ti téměř k ničemu, protože ve většině případů – škodu už jsi utržil předtím).

Pokud jde o přímou komenzaci tahu – nouzovým (a velmi štědrým) navýšením tahu ostatních motorů řekněme o 9% každý (ať nežeru a ať se to dobře počítá) – tedy 6% celkového tahu – stěží vykompenzuješ výpadek 33% celkového tahu…

Pokud by věděli, že je tam něco špatně s tepelnou ochranou / motorem – mohli by začít entry burn dříve (a doufat, že palivo vystačí). Pokud ti vypadne motor až během re-entry – tak už je pozdě.

Proto taky jejich řešení je (jejich vlastními slovy) updated refurbishment process.

Naposledy upraveno před 1 měsícem uživatelem Invc
Ivo Janáček

No vždyť píšu, že jediným řešením bude navýšení tahu motorů za cenu jejich případného poškození a tím pádem vyšší tepelné zatížení, které rovněž povede asi k nějakému poškození, ale obojí se vyplatí riskovat, protože buď to dopadne stejně špatně a tím pádem je to jedno a nebo stupeň přežije a přistane a to se přece vyplatí i za cenu některých poškození nebo ne?

Standardní sestup je nastavený tak, aby motory jely na běžné maximum tahu a aby byla jistota, že nedojde k poškození rakety. To je pak ten rozdíl oproti nouzové situaci, kterou popisuji a kterou se asi pokusí řešit.

Je to něco lehce podobného jako u letadla, pokud vám bude hořet po vzletu motor, pak se budete snažit co nejrychleji přistát a to i za cenu poškození podvozku vlivem nadměrné hmotnosti díky plným nádržím paliva. Prostě obětujete něco za něco. Zachráníte lidi a letadlo, vyměníte podvozek (pokud to bude nutné) a uděláte revize pro případ přistání s nadváhou. Klasický postup.

Naposledy upraveno před 1 měsícem uživatelem Ivo Janáček
Invc

1) Vycházíš z toho, že jediný problém byl 1 chybějící motor, ale ono to byl jen počátek problému. Ve skutečnosti nevíme, v jakém stavu byl stupeň po skončení reentry (tedy co všechno se následně poškodilo).

2) To problematické teplo, o kterém mluvím, není od motorů … ale od atmosféry.

3) K většině poškození došlo nejspíše už během reentry – a vůbec nejde o finální přistání (tam by stačil jeden motor). Tam zřejmě buď už stupeň nekomunikoval vůbec, nebo rozhodnul, že není schopen bezpečného přesměrování na loď a pokračoval v balistickém dopadu do oceánu, a nebo se rozpadl na počátku přistávacího zážehu (záblesk který je vidět na videu z lodi).

4) Navýšení tahu – má poměrně malou šanci tě zachránit (ano samozřejmě prakticky nemůže uškodit, ale šance je poměrně malá (navíc vysoce pravděpodobně poškodíš něco, co se de facto snažíš zachránit). To tvoje letadlo je bohužel velmi zavádějící přirovnání. Ale pokud už chceš srovnání s hořícím letadlem – tak si to představ tak, že ti hoří letadlo a ty se 3 hasícími přístroji z jedné nádrže jen tak tak, zvládáš udržet plameny právě tak, aby se nešířily – a náplně máš jen tolik, že by ti jen taktak vydrží až do přistání. Jenže, pak ti jeden hasící přístroj vypadne … ano můžeš o trochu zvýšit průtok těch ostatních, ale stejně se ti plameny začnou šířit…

(Ad to letadlo podruhé – co riskovat je otázka hodnot. Pokud máš na palubě lidi, tak samozřejmě budeš riskovat všechno, kromě zabití dalších lidí.

Tady ty váhy jsou jinak: jsou opatrní, protože si nechtějí rozbít loď, protože to by jim narušilo provoz daleko více než ztráta stupně. Je dost pravděpodobné, že by stejně ani nezkoušeli riskantní přistání poškozeného stupně, protože lodě mají jen 2 / 3, a na jak dlouho jim dopad stupně odpraví loď dobře vědí, navíc tady je velmi vysoká pravděpodobnost, že u tohoto typu poškození ten stupeň bude buď neopravitelný, nebo náklady na opravu (s ohledem na to, že ta nejpostiženější část je zároveň ta nejdražší) budou ji udělají stejně nerentabilní. Jednoduše jim to může vycházet tak – že prostě nemá cenu riskovat pokud to není všechno v naprostém pořádku).

Milan

Zapomínáte na plošinu. Někde jsem zachytil (a nevím jestli to neřekl přímo Musk), že pokud existuje pochybnost, že by stupeň nepřistál “měkce” a mohl by poškodit plošinu, tak ho namíří do oceánu.

Michal Andrej

“oni po skončení entry burn nechávají stupeň opět zrychlit”
Podľa telemetrie to tak nie je. Po ukončení entry burn stupeň nezrychluje ale kontinuálne spomaluje.
Zrejme je to vypočítané tak, že entry burn je presne v tom správnom čase, keď atmosféra hustne tak, že aerodynamické sily loď vo voľnom páde pri supersonickej rýchlosti spomaľujú, ale bez dodatočného spomalenia entry burn by ju roztrhali.
Entry burn spomalí z cca 8000 km/h na cca 5000. Po skončení entry burn spomalenie pokračuje.

Tomáš

V starších článcích se zmiňovalo, že repase rakety může znamenat i výměnu jednoho nebo více motorů. Podle mě je tak možné, že např. nejnamáhanější středový motor byl u dalších, 7x letěných raket už byl měněn (buď rovnou do šrotu, nebo třeba vyndán na dlouhodobější inspekci / repasi a pak vrácen s novou manžetou později i třeba na krajní pozici jiné rakety). A tak byl tento 6x letěný motor nejstarší.

Honza K.

Ahoj Eloňáci. Napadá mě.. když se nepovede přistání, je jasné, že většina trosek jde ke dnu, kde se nechají napospas přírodě(?). Jen by mě zajímalo, jestli jsou opravdu všichni smíření s tím, že se s tím v podstatě v takovém případě nedá nic dělat a pokrok si prostě žádá oběti. Samozřejmě mám na mysli “znečištění” oceánu a chápu, že jeden F9 je doslova jen kapkou v moři.. nejsem žádný zarytý ekolog (odpad třídím :-D), ale v dnešní době se zkrátka musím ptát. Existují na to nějaké rámce, pravidla nebo normy?

Adam Ř

Sice to není odpoved, ale všechny rakety krom F9 (a FH) normalne padaj do more (pripadne na vesnice) vždycky.

PetrK

A kromě StarShip – ta (zatím) padá na přistávací plochu :-). A to je vlastně pořád lepší, než s tím plácnout do moře – materiál se dá zrecyklovat. Z moře se to neloví, protože je to nákladné a recyklace by se nevyplatila.
Pamatuji se, že tenkrát ten F9, co zůstal plavat na hladině stovky km od pobřeží raději potopila USAF, protože i odtažení by bylo velmi drahé. Odtáhli jen ten F9, co spadnul do moře “pár metrů” od pobřeží …

Petr Kasan

Ahoj Honzo,

“… v dnešní době se zkrátka musím ptát.”

Tedy dříve jsi taková nutkání neměl? Za jak dlouho se ti to rozvinulo do současné podoby? Jde jen o rakety, nebo tak nějak celkově?
Klidně se svěř, tady najdeš porozumění.

PetrK

Myslíš normy na znečišťování mezinárodních vod? Existují určité dohody mezi státy (včetně ČR) a pravděpodobně i instituce, které se to snaží nějak řídit. Nicméně jedna raketa sem, druhá raketa tam, se neřeší … Právě proto, že jedna raketa ve srovnáním s tím, co tam přiteče řekou z vnitrozemí nebo jak to zaprasí tanker plující přes oceán, je naúrposto marginální.
Nicméně si myslím, že každá raketa má vlastní posouzení vlivu na prostředí, ať už na to lidské nebo obecně přírodní. Na boostrech padajících do moře bude velmi málo toxických materiálů. Rozhodně ne v množství, aby něco mohly způsobit. Pevná paliva víceméně vyhoří než dopadnou, kyslík nevadí, vodík taky ne, RP1 se vypaří do atmosféry, metan se vypaří. Zbyde kovová schránka, která sama o sobě nevadí. A pár plastů, které časem zdegradují nebo obrostou …
Toxická paliva jsou věcí horních stupňů a lodí navracejících se s nákladem/posádkou. Když spadnou do moře, tak pravděpodobně budou mít lokální negativní účinek a časem se odpaří …