تعكف شركة SpaceX حالياً على دفع حدود أنظمة الحماية الحرارية إلى أقصى درجاتها، مستفيدة من بيانات عودة قاسية للغلاف الجوي لتطوير ترقيات رحلة Starship Flight 14 القادمة. ورغم أن المرحلة العلوية نجحت في النجاة من ظروف العودة شديدة الضغط مع تعرضها لتلف طفيف في البلاطات، إلا أن الفشل الجزئي في حرق الهبوط (Landing Burn) الخاص بصاروخ Booster 20 أجبر المهندسين على إعادة هيكلة برمجيات إعادة تشغيل محركات Raptor 3. وقد تعمدت الشركة تنفيذ مسار عودة ذي ضغط ديناميكي أعلى خلال رحلتها الأخيرة في 24 يوليو لاختبار النظام بظروف أقسى بكثير من مسار العودة الطبيعي.
وقد آتت هذه المخاطرة ثمارها بالنسبة للمرحلة العلوية. فقد نجت المركبة من حرارة البلازما الشديدة، ونفذت مناورة الانقلاب بنجاح، وأكملت هبوطاً هادئاً في المحيط الهندي مع بقائها سليمة تماماً واستمرارها في إرسال بيانات القياس عن بُعد. وأكدت لقطات مستقلة متعددة، بما في ذلك الكاميرات المدمجة والصور الملتقطة قبل العودة بواسطة ستة أقمار صناعية من طراز Starlink V3، أن الغالبية العظمى من البلاطات السداسية (Hexagonal Tiles) البالغ عددها حوالي 18,000 بلاطة ظلت مثبتة بإحكام.
لقد حصلنا على كافة بيانات الدرع الحراري التي نحتاجها، بل وأكثر من ذلك.
- إيلون ماسك، شركة SpaceX
وفي الأماكن التي حدث فيها فقدان طفيف للبلاطات، نجحت الطبقة المتآكلة (Ablative Layer) السفلية في حماية هيكل المركبة، مما منع حدوث أي احتراق متسلسل. وأشار مراقبون، من بينهم حساب Ryan Hansen Space، إلى أن الخطوط البيضاء الظاهرة على الهيكل كانت عبارة عن رواسب ناتجة عن احتراق هذه المادة المتآكلة لحماية المناطق المكشوفة. ولا تخطط شركة SpaceX لاستعادة النموذج الاختباري فعلياً من المحيط، بل تعتمد بدلاً من ذلك على الحجم الهائل من البيانات عالية الدقة المستخرجة عن بُعد لتحسين حواف البلاطات وتطبيقات اللصق الآلي للرحلات المستقبلية.
الهبوط القاسي لصاروخ Booster 20
رغم نجاح المرحلة العلوية، واجه الصاروخ المعزز Super Heavy (المعروف باسم B20) مشاكل كبيرة أثناء هبوطه. كانت مرحلتا الصعود والعودة مثالية، حيث عملت جميع محركات Raptor 3 البالغ عددها 33 محركاً بكفاءة تامة. ولأول مرة في طراز V3، استخدم الجزء عالي الدفع من عملية العودة مجموعة المحركات الـ 33 بالكامل بنجاح.
ومع ذلك، عانت مرحلة الهبوط من فشل جزئي. فمن أصل 13 محركاً كان مخططاً استخدامها في حرق الهبوط، نجح حوالي 8 محركات فقط في إعادة التشغيل. وأدى ذلك إلى هبوط أقسى من المتوقع في خليج المكسيك. ويُعد هذا الخلل استمراراً لمشاكل إعادة تشغيل المحركات التي لوحظت خلال الرحلة 12، وتفاقمت بسبب الدروس المستفادة من إلغاء الإطلاق على المنصة في 16 يوليو، حيث تجمدت الرطوبة داخل المضخات التوربينية (Turbopumps) الخاصة بالأكسجين السائل.
تعقيدات إعادة تشغيل محركات Raptor 3
لفهم ترقيات رحلة Starship Flight 14 القادمة، من الضروري استيعاب آليات عمل محرك Raptor 3. فهو محرك ميثالوكس يعمل بنظام الاحتراق المرحلي كامل التدفق (FFSC)، ويُمثل دورة الصواريخ التشغيلية الأكثر تعقيداً في الوقت الحالي. ونظراً لعدم وجود مُشعل منفصل للغرفة الرئيسية، يعتمد المحرك على غازات العادم شديدة الحرارة القادمة من حارقين أوليين (Preburners) لإشعال الغرفة الرئيسية تلقائياً عند ضغوط هائلة تتراوح بين 300 و350 بار.
وتُعد عملية إعادة التشغيل أثناء الطيران حساسة للغاية للظروف الحرارية وحالة الوقود الدفعي. وتتبع سلسلة بدء التشغيل القياسية هذه الخطوات الدقيقة:
- استقرار الوقود الدفعي: تقوم دافعات الغاز البارد بتثبيت الوقود السائل، ويتم ضغط الخزانات.
- التبريد المسبق: يتدفق الأكسجين السائل والميثان السائل المبرد عبر الأنابيب والمضخات التوربينية للوصول إلى درجة حرارة التشغيل الصحيحة.
- دوران المضخة التوربينية: يجبر ضغط الخزان الوقود على المرور عبر المضخات لبدء الدوران.
- إشعال الحارق الأولي: تُشعل مشاعل خاصة الحوارق الأولية الغنية بالوقود والغنية بالمؤكسدات في تسلسل زمني دقيق.
- إضاءة الغرفة الرئيسية: يتدفق الغاز الساخن عالي الضغط إلى الغرفة الرئيسية ويشتعل تلقائياً.
- الوصول للدفع الكامل: تتحكم الصمامات بدقة في نسبة الخليط بينما يتسارع المحرك للوصول إلى ضغط التشغيل في أقل من ثانية واحدة.
الإصلاحات المتوقعة لصاروخ Booster 21
تُعد عمليات إعادة التشغيل أثناء الطيران صعبة للغاية لأن المحركات قد تكون مشبعة بالحرارة من عمليات حرق سابقة أو باردة بسبب فترة توقف طويلة، كما أن الوقود المتبقي يمكن أن يكون مزيجاً غير متوقع من السائل والبخار. ولضمان نجاح صاروخ Booster 21 (المعروف باسم B21) حيث واجه B20 صعوبات، تنفذ شركة SpaceX عدة ترقيات مستهدفة ضمن ترقيات رحلة Starship Flight 14.
وقد تم بالفعل نقل صاروخ Booster 21 لإجراء الاختبارات المبردة، وسيتضمن التحسينات الحاسمة التالية:
- تحسين تسلسل بدء التشغيل: ستُدخل التحديثات البرمجية متانة زمنية أكثر دقة للتعامل مع تقلبات تفاعلات المحركات المتعددة خلال مرحلة الهبوط.
- تحسينات تكييف الأكسجين السائل: ستمنع إجراءات التجفيف والتفريغ المحسنة، إلى جانب التعديلات المحتملة على الأجهزة مثل ترقية الأختام أو السخانات، تجمد المضخة التوربينية الذي حدث خلال إلغاء إطلاق 16 يوليو.
- تحديث منطق الإلغاء: يقوم المهندسون بضبط أنظمة مراقبة صحة المحرك وإدارة الوقود الدفعي لتهيئة الوقود المتبقي بشكل أفضل قبل بدء حرق الهبوط.
العقبة الأخيرة أمام إعادة الاستخدام السريع
تُمثل البيانات المستمدة من الرحلة 13 تحولاً جذرياً في ملف المخاطر الخاص ببرنامج Starship. فخلال العام الماضي، كان التهديد الوجودي الرئيسي للمركبة هو ما إذا كان الدرع الحراري قادراً على تحمل الديناميكيات الحرارية القصوى للعودة المدارية دون التسبب في ذوبان الهيكل الأساسي للمركبة. ومع إثبات الطبقة المتآكلة السفلية لفعاليتها وانخفاض معدل فقدان البلاطات إلى مستويات يمكن التحكم فيها، تم تجاوز هذه العقبة الهيكلية المحددة إلى حد كبير.
الآن، يعتمد المسار الحاسم نحو إعادة الاستخدام السريع كلياً على البرمجيات وديناميكيات الموائع. وتُعد موثوقية إعادة تشغيل محركات Raptor 3 المتعددة بمثابة التحدي النهائي لبرنامج الصاروخ المعزز Super Heavy. ولا يمكن لشركة SpaceX المخاطرة بمحاولة التقاط ميكانيكي باستخدام أذرع برج الإطلاق (Mechazilla) حتى يصبح حرق الهبوط المكون من 13 محركاً متسقاً وخالياً من العيوب. وإذا نجحت الترقيات البرمجية وعمليات التفريغ في صاروخ Booster 21 في تحقيق هبوط هادئ ومحكم، فيجب على صناعة الطيران والفضاء أن تتوقع من شركة SpaceX محاولة تنفيذ عملية التقاط تاريخية عبر برج الإطلاق في الرحلة التي تليها مباشرة.
