Masa depan kosmik menjulang dengan gelombang peluncuran yang terus meningkat. Landasan peluncuran semakin sempit untuk rencana besar pemain luar angkasa. Agar tidak terjebak di Bumi di tempat yang sempit, perlu untuk memperluas lorong ke luar angkasa - ini adalah bagaimana kata "kosmodrom" diterjemahkan dari bahasa Yunani. Namun, ini membutuhkan cara berpikir yang secara fundamental baru. Cara membuka gerbang ke luar angkasa - dalam materi kami.
Poligon timur dan namanya
Di pantai Atlantik Florida, di tengah semenanjung, adalah pelabuhan antariksa Amerika terbesar. Sebagian besar terletak di Cape Canaveral, tetapi nama akrab "Cape Canaveral" tidak jelas. Kosmodrom dimulai dengan peluncuran pertama pada tahun 1950 sebagai tempat pengujian rudal balistik dan sejak itu telah berubah nama dan statusnya berkali-kali.
Ini menguji roket dari berbagai tujuan, yang diluncurkan dari lima puluh situs peluncuran. Anti-pesawat dan meteorologi, rudal jelajah antarbenua, rudal kapal selam, rudal balistik dari berbagai jangkauan dan pangkalan. Selain itu, lebih dari seribu peluncuran rudal balistik dari kapal selam dilakukan dari wilayah perairan yang berdekatan, dan wilayah udara digunakan untuk meluncurkan roket pembawa jelajah. Oleh karena itu, kosmodrom saat ini tetap menjadi Pegunungan Timur, yang terbesar di Amerika Serikat.
Dengan pertumbuhan jumlah peluncuran luar angkasa, Cape Canaveral semakin dianggap sebagai kosmodrom - termasuk semua penerbangan luar angkasa berawak Amerika. Pada awal 1960-an, NASA memperoleh wilayah di Pulau Merritt, bersebelahan dengan Cape Canaveral (di seberang Sungai Pisang), di mana Kennedy Space Center dibangun untuk program luar angkasa untuk mendaratkan manusia di bulan. Situs peluncuran Cape Canaveral dioperasikan oleh militer sejak awal dan merupakan bagian dari Pangkalan Angkatan Udara Cape Canaveral, yang baru-baru ini berganti nama menjadi Stasiun Angkatan Luar Angkasa Cape Canaveral.
Kennedy Space Center tetap menjadi fasilitas sipil NASA, dan kedua kluster peluncuran terus menjadi bagian dari East Proving Ground. Jumlah peluncuran darinya tidak selalu yang terbesar di Amerika - setidaknya akan ada selusin tahun, di mana Rentang Barat di Pangkalan Angkatan Udara Vandenberg di California memimpin dalam peluncuran. Dalam perbandingan dunia, kosmodrom Florida biasanya menempati posisi kedua dan ketiga dalam hal jumlah peluncuran per tahun setelah Plesetsk dan Baikonur.
Waktu berubah. Selama lima tahun terakhir, kosmodrom telah menduduki peringkat pertama di dunia dalam hal jumlah peluncuran per tahun. Pada saat yang sama, tugas strategis untuk mentransfer kosmodrom ke mode yang lebih intensif, mendekati mode operasi bandara, muncul dalam pertumbuhan penuh. Ini akan membutuhkan pendekatan baru untuk pembatasan dan izin untuk penerbangan roket, format baru untuk kosmodrom.
20 kilometer selatan dari situs peluncuran Cape Canaveral, di pantai laut, adalah pangkalan Angkatan Luar Angkasa Jenderal Patrick (pangkalan Angkatan Udara baru-baru ini). Ini tidak hanya menampung markas pangkalan Cape Canaveral, tetapi juga sayap ruang angkasa ke-45, yang secara komprehensif bertanggung jawab atas semua peluncuran dari Eastern Range. Ini juga termasuk Skuadron Cuaca ke-45. Dia melakukan pekerjaan yang luar biasa dalam mengendalikan lingkungan di sekitar lokasi pengujian, dan dialah yang mengeluarkan rekomendasi untuk peluncuran, termasuk yang melarang, memainkan peran kunci dalam keputusan "menjadi atau tidak menjadi" peluncuran.
Spesialis unit ini menyediakan data meteorologi untuk mendukung peluncuran dari seluruh Wilayah Timur. Berdasarkan pengamatannya, Skuadron Cuaca ke-45 memberikan prakiraan cuaca, rekomendasi tanggal peluncuran, dan mengevaluasi kemungkinan aktivitas badai petir. Dan itu mengeluarkan peringatan tentang batas-batas kondisi cuaca yang dapat diterima untuk jenis rudal tertentu yang direncanakan akan diluncurkan. Batasan ini didasarkan pada apa yang disebut kriteria peluncuran cuaca NASA dan dihitung untuk setiap jenis kendaraan peluncuran.
Selama setahun terakhir, Skuadron 45 menerima 297 permintaan peluncuran, 225 di antaranya disetujui, 55 mencapai hitungan mundur pra-peluncuran dan berakhir dengan 32 peluncuran. Alasan paling umum untuk pasca-peluncuran adalah cuaca.
Diluncurkan di belenggu pembatasan, atau Apa yang mencegah roket lepas landas
Florida terletak di zona subtropis, sehingga udara yang jenuh dengan kelembaban dan energi panas selalu membawa kejutan cuaca. Di langit yang cerah, dalam satu jam, awan kumulus tunggal muncul, dalam satu jam lagi berubah menjadi awan petir, segera meletuskan hujan tropis dengan badai yang tajam dan kuat. Penulis telah melihat lebih dari sekali, di dekat kosmodrom, kolom hujan hitam, menyimpang di dekat tanah dengan bel karena penyebaran downdraft yang kuat. Kolom hujan ini, dengan awan kumulus kuat yang menghasilkannya, terlihat dari beberapa kilometer jauhnya. Mereka secara spontan muncul di dalam massa udara, bergerak di tanah dan dapat mendekati lokasi peluncuran pada jarak yang sangat dekat. Ini adalah bagaimana troposfer subtropis Florida bergolak, dengan murah hati dipompa oleh energi matahari, yang berdiri hampir di puncaknya pada siang hari musim panas.
Bahaya utama awan petir untuk roket adalah kilat. Di pantai luar angkasa Florida, mereka terjadi lebih sering daripada di pelabuhan antariksa AS lainnya.
Roket yang lepas landas adalah konduktor vertikal panjang, yang dengan cepat naik lebih dekat dan lebih dekat ke muatan listrik awan. Plus, ada kolom knalpot di belakangnya, yang mempertahankan ionisasi parsial dan konduktivitas listrik. Penangkal petir yang sudah jadi terbang ke awan, menarik kabel knalpot di belakangnya. Roket dengan permukaan konduktif dan gas buang terionisasi mampu mendistorsi medan listrik di awan, menyebabkan sambaran petir yang mungkin tidak akan terjadi tanpanya. Petir menyambar roket peluncur lebih dari sekali - dan berakhir dengan cara yang berbeda.
Pada 14 November 1969, selama peluncuran Apollo 12 dengan kru (pendaratan kedua di bulan), situasi di Pusat Luar Angkasa Kennedy bergemuruh dan sangat tidak menguntungkan. Hembusan angin di dekat tanah mencapai 26 meter per detik, hujan deras. Direktur peluncuran Walt Capriyan, yang memegang posisi ini untuk pertama kalinya, memberi izin untuk memulai 13 menit sebelum nol detik.
Lepas landas dimulai pada waktu yang diperkirakan. Ketika terlepas dari platform peluncuran, hujan semakin deras (termasuk karena medan akustik mesin Saturn-5 yang sangat berat, yang mencapai 220 desibel - suara konstan paling keras yang dihasilkan oleh produk manusia), setelah 15 detik roket meluncur ke dalam awan. Pada detik ke-37 penerbangan, petir menyambarnya, melewati kapal induk, aliran jet mesin, jalur pembuangan, dan menara peluncuran ke tanah.
Ini menyebabkan kerusakan jaringan listrik on-board dengan pemutusan tiga sel bahan bakar di kompartemen layanan Apollo 12. Di ruang komando Apollo, lampu padam, sebagian besar instrumentasi gagal, dan lampu peringatan menyala. Komandan Kru Charles Konrad mengalihkan roket ke sistem kontrol darurat.
Pada detik ke-53 penerbangan, petir kedua menghantam kapal induk. Platform Apollo-12 yang distabilkan dengan gyro gagal, penurunan otomatis kompartemen kru diharapkan. Tetapi pilot modul bulan Alan Bean, atas perintah dari Bumi, mampu menyalakan sel bahan bakar. Roket melewati awan petir, tahap atas dengan Apollo-12 memasuki orbit referensi, giroskop kapal dibawa ke posisi kerja, dan kompleks penerbangan beralih ke lintasan ke Bulan. Peluncuran dalam badai petir seperti itu tidak pernah dilakukan lagi, dan batasan kondisi meteorologi peluncuran direvisi.
Roket Atlas-Centaur, diluncurkan dari satelit komunikasi Angkatan Laut AS pada Maret 1987, disambar petir 49 detik setelah dimulainya penerbangannya. Atlas Centauri, yang dikenal sebagai AC-67, kurang beruntung. Petir menyebabkan kegagalan sistem kontrol dan panduan. Komputer on-board mengeluarkan perintah yang salah ke mesin, yang dengan tajam mengubah kapal induk ke arah lain, yang menyebabkan kehancuran roket.
Belum lama ini, pada 27 Mei 2019, petir menyambar roket Soyuz-2.1b Rusia saat meluncurkan satelit navigasi Glonac-M dari kosmodrom Plesetsk. Pada akhirnya, awal berhasil, tidak ada informasi tentang kerusakan.
Untuk merasakan kepadatan kendala cuaca, Anda dapat melihat persyaratan cuaca untuk landasan peluncuran Falcon 9, yang semakin banyak diluncurkan terhadap beratnya kendala. Mulainya dibatalkan jika:
- pada ketinggian 49 meter di atas landasan peluncuran, angin bertiup stabil dengan kecepatan lebih dari 56 kilometer per jam;
- geser angin diamati di troposfer atas (dapat menyebabkan masalah dengan kontrol kendaraan peluncuran);
- selama penerbangan, roket harus melewati lapisan awan setebal lebih dari 1400 meter, yang menyebar ke zona suhu negatif;
- kurang dari 19 kilometer dari lokasi, terdapat awan kumulus dengan puncak memanjang hingga ke zona suhu beku;
- kurang dari 19 kilometer dari lokasi adalah tepi badai petir di mana kilat diamati dalam waktu 30 menit setelah kilat sebelumnya;
- kurang dari 19 kilometer dari lokasi terdapat landasan awan petir (awan kumulus yang kuat dengan puncak yang rata dengan tropopause, batas bawah stratosfer);
- kurang dari 9, 3 kilometer dari lokasi, ada awan cuaca buruk, menyebar ke zona suhu beku dan mengandung curah hujan sedang atau lebih;
- kurang dari 5, 6 kilometer dari lokasi ada sisa-sisa awan petir yang hancur;
- roket harus terbang melalui awan kumulus yang terbentuk sebagai akibat atau terkait langsung dengan gumpalan asap.
Peluncuran juga harus ditunda:
- selama 15 menit, jika pembacaan meter kekuatan medan listrik dalam jarak 9, 3 kilometer dari landasan peluncuran melebihi +/- 1500 volt per meter;
- selama 30 menit jika petir diamati dalam jarak 19 kilometer dari landasan peluncuran atau jalur penerbangan.
Selain landasan peluncuran, kondisi cuaca harus dapat diterima di area pendaratan tahap pertama. Ini semakin mempersempit jendela mulai. Saat meluncurkan misi berawak, persyaratan untuk kondisi meteorologi juga diajukan untuk beberapa kemungkinan area pendaratan darurat kapal dengan awak di lautan, yang membentang dari Florida ke Greenland.
Peluncuran Falcon 9 tidak terbatas pada kondisi cuaca saja. Penggunaan komponen bahan bakar supercooled memerlukan pengisian bahan bakar 35 menit sebelum start agar komponen bahan bakar tidak sempat memanas. Jika start ditunda selama dua jam, maka Anda harus menguras komponen pemanas dan mengisi tangki dengan bahan bakar superdingin 35 menit sebelum waktu mulai yang baru.
Kebutuhan untuk mengisi bahan bakar roket terkadang mengurangi waktu peluncuran menjadi hanya satu detik.
Dan jika peluncuran dalam satu detik dan waktu yang sempit ini tidak terjadi, jendela peluncuran berikutnya mungkin tidak akan segera terbuka. Itu tergantung pada misi dan balistik orbital yang diperlukan. “Masalah besarnya adalah untuk banyak peluncuran, Anda harus meluncurkan dalam satu detik tertentu,” kata Hans Koenigsmann, penasihat senior dan mantan wakil presiden perakitan dan keandalan penerbangan di SpaceX. “Anda tidak memiliki banyak fleksibilitas di sini, dan bahkan transfer kecil mungkin tidak memberikan waktu yang tepat. Lima menit kemudian, cuaca mungkin bagus, tapi bukan itu yang Anda inginkan untuk orbit tertentu."
Kurultai besar mengangkat spanduk
Semua ini mengarah pada ketidakmungkinan dalam tata letak saat ini untuk meningkatkan frekuensi mulai dari waktu ke waktu. Aktivitas peluncuran yang semakin meningkat, sebaliknya, membutuhkan peningkatan kemampuan untuk melakukan peluncuran. Untuk menyelesaikan konflik ini, kebutuhan yang matang untuk revisi yang mendalam dan radikal dari serangkaian pembatasan peluncuran, pendekatan baru untuk penerbitan izin dan pelaksanaan peluncuran.
KTT kosmodrom ke-47, yang sebelumnya dikenal sebagai Kongres Luar Angkasa, yang berlangsung pada akhir Februari, menjadi ekspresi kebutuhan ini. Dia membawa eksekutif kunci dan tim manajemen dari Stasiun Luar Angkasa Cape Canaveral, Kennedy Space Center, 45th Space Wing, dan divisi luar angkasa FAA untuk berdiskusi. Peserta memberikan gambaran umum dan pembaruan tentang keadaan pelabuhan antariksa Florida dan bagaimana mempersiapkan jadwal yang lebih sibuk dibandingkan dengan tahun 2021. Karakter utama adalah orang-orang berpengalaman yang sangat menyadari kekhasan Pegunungan Timur, atau yang melakukan banyak peluncuran darinya dan secara pribadi memerintahkannya, atau yang beberapa kali mengirimnya sendiri dalam penerbangan luar angkasa.
Secara khusus, direktur Kennedy Space Center Bob Cabana (Bob Cabana, mantan astronot NASA, peserta dari empat penerbangan luar angkasa di pesawat ulang-alik) bergabung dengan direktur Eastern Range dan komandan sayap luar angkasa ke-45, Brigadir Jenderal Stephen J. Purdy Jr. dan Wayne Monteith, Asisten Administrator FAA untuk Transportasi Luar Angkasa Komersial (pensiunan Brigadir Jenderal Angkatan Udara, mantan Komandan Sayap Luar Angkasa ke-45 dan Direktur Jangkauan Timur).
Tuan-tuan ini membahas urusan saat ini dan masa depan kosmodrom Florida dan sepakat bahwa Eastern Range dalam waktu dekat mengharapkan 60 peluncuran per tahun (yang, bagaimanapun, tidak melebihi rekor 70 peluncuran dari Plesetsk pada tahun 1977). Dan pada tahun 2030, aktivitas akan meningkat menjadi ratusan peluncuran per tahun dan lebih banyak lagi. Berdasarkan prediksi ini, Mr. Cabana, Mr. Purdy, dan Mr. Monteith membahas perubahan menuju model dukungan peluncuran yang lebih mirip bandara yang mampu mendukung satu atau dua peluncuran per hari.
Ini sejalan dengan tujuan SpaceX untuk meluncurkan kembali satu kendaraan peluncuran dalam waktu 24 jam. Seperti yang dikatakan Koenigsmann: “Sukses didefinisikan bagi kami sebagai beralih dari peluncuran dua mingguan ke peluncuran mingguan dan kemudian ke peluncuran harian, sambil menggunakan kembali perangkat keras yang sama dengan aman. Ini adalah tugas yang sulit. Saya pikir kita sudah setengah jalan untuk menyelesaikannya."
Komandan Sayap Luar Angkasa ke-45 Stephen Purdy telah meyakinkan bahwa Angkatan Luar Angkasa ingin dapat menyetujui semua permintaan peluncuran dari Kisaran Timur, memberikan perusahaan lebih banyak layanan seperti bandara daripada pelabuhan antariksa pemerintah konvensional. Menurutnya, ini membutuhkan mentalitas dan pemikiran baru. Bawahannya mempelajari semua elemen infrastruktur pendukung peluncuran - mulai dari transportasi hingga listrik, komunikasi, keamanan, bahan bakar, dan gas bertekanan tinggi - "untuk mengetahui cara mengatasi hambatan apa pun yang membatasi kami dalam mencapai peluncuran panggilan pertama." Demikian pula, bandara memberikan izin bagi pesawat untuk lepas landas.
Transformasinya terdiri dari apa
Relaksasi pembatasan cuaca. Anda tidak dapat mengubah cuaca di Florida. Hangat seperti air di bak mandi, Atlantik di bagian ini akan selalu memberikan aktivitas badai petir yang lebat. Untuk mewujudkan aliran peluncuran yang direncanakan, perlu untuk melonggarkan pembatasan cuaca, terutama pada petir. Namun pengalaman darurat yang nyata dan praktis tidak memungkinkan untuk dilakukan begitu saja. Hal ini diperlukan untuk meningkatkan ketahanan rudal terhadap petir. Ini, pada gilirannya, akan membutuhkan penambahan dalam desain dan peralatan rudal, yang berarti peningkatan massa setidaknya satu sen. Tapi pencarian solusi ke arah ini jelas tak terelakkan.
Perencanaan dinamis. Sayap Luar Angkasa ke-45 sedang menjajaki kemungkinan beralih ke penjadwalan otomatis Kisaran Timur untuk menangani lebih banyak permintaan dari operator peluncuran (perusahaan peluncuran). Setiap permintaan di lokasi uji hari ini membutuhkan berjam-jam koordinasi dengan keamanan, cuaca, dan kelompok lain, termasuk Administrasi Penerbangan Federal, yang mengatur pembersihan wilayah udara di atas lokasi peluncuran.
Perencanaan dinamis, yang mendistribusikan peluncuran berdasarkan hasil persiapan awal untuk peluncuran tersebut, akan memungkinkan untuk membangun jaringan peluncuran yang tidak teralokasi terlebih dahulu dan melakukan semua pekerjaan awal dan persetujuan untuknya terlebih dahulu, dan kemudian dengan cepat menyusun jadwal tertentu saat operator peluncuran meminta mereka. Dalam hal ini, dimungkinkan untuk dengan cepat mengubah dan membentuk kembali jadwal peluncuran operator tertentu, menggunakan "kosong" peluncuran yang gratis dan belum didistribusikan.
Penghentian penerbangan otomatis. Pardee mencatat bahwa East Range akan dapat melakukan lebih banyak peluncuran dengan pengenalan sistem terminasi penerbangan otomatis. Apa yang dibutuhkan adalah peralatan terbang roket yang mampu secara mandiri menentukan apakah pembawa menyimpang dari lintasan yang direncanakan sebelumnya melebihi nilai yang dapat diterima.
Jika terjadi penyimpangan kritis dari jalur, sistem pembatalan penerbangan otomatis on-board akan mengeluarkan perintah untuk menghentikan peluncuran. Eksekusi akan menjadi peledakan beberapa bahan peledak di berbagai tempat roket, ditempatkan secara optimal untuk penghancurannya yang cepat.
SpaceX menggunakan sistem keamanan otomatis seperti itu di semua peluncurannya. Pasukan luar angkasa mengatakan bahwa semua pengguna lain dari situs uji harus beralih ke teknologi baru ini pada tahun 2025. Sistem terminasi man-in-loop tradisional memerlukan petugas keamanan TPA untuk memantau lintasan rudal dari darat dan kemudian secara manual mengeluarkan perintah untuk menghancurkan rudal jika perlu.
Perencanaan peluncuran ganda. Untuk melindungi dari penundaan karena kondisi cuaca, strategi dipertimbangkan untuk mempersiapkan dua jendela peluncuran yang berbeda sekaligus pada hari tertentu, jika kondisi balistik memungkinkan. SpaceX yang sama meluncurkan 60 satelit Starlink dalam satu bidang orbit. Seluruh konstelasi Starlink berisi 72 bidang orbit seperti itu - dan semuanya membutuhkan saturasi dengan satelit baru. Perusahaan Elon Musk mungkin memiliki dua rencana penerbangan yang berbeda untuk satu peluncuran, dan manajer peluncuran memiliki hak untuk memilih opsi dengan cuaca terbaik. Setelah melewatkan peluncuran di satu bidang orbit, Anda hanya perlu menunggu sampai Bumi berputar untuk mencapai peluncuran tertunda di bidang orbit lain. Dengan mempertimbangkan pengisian baru dengan komponen bahan bakar supercooled tentunya.
Waktu tidak menunggu - itu datang
Mengapa SpaceX disebutkan dalam contoh di atas? Hari ini adalah perusahaan paling aktif dalam hal jumlah peluncuran di Kisaran Timur. Rencananya untuk mengatur aliran peluncuran bertindak sebagai pendorong transformasi kosmodrom yang bersangkutan. SpaceX menekan organisasi-organisasi kunci, dan konflik pertama sudah terjadi - seperti perang baru-baru ini dengan FAA atas izin untuk uji terbang prototipe Starship.
Meskipun ini masih cerita yang berbeda, tidak terkait dengan pelabuhan antariksa Florida, ini adalah karakteristik dan menunjukkan bagaimana SpaceX telah mulai menjalankan kerangka lama penerbangan yang jarang dan penerbitan lisensi peluncuran yang rumit. Segera, masalah-masalah ini, setelah diintensifkan oleh urutan besarnya, akan tumbuh di Pegunungan Timur - dan semua orang memahami ini dengan baik.
Tetapi SpaceX tidak sendirian dalam mendorong transformasi pelabuhan antariksa. Scott Henderson, wakil presiden operasi peluncuran Blue Origin di Florida, juga berbicara tentang luncuran dinamis dan pembatalan penerbangan otomatis. Roket New Glenn mereka dijadwalkan untuk diluncurkan dari landasan peluncuran LC36 di Cape Canaveral. Dan kecepatan penerbangan cukup intens.
Firefly Aerospace sedang mengembangkan dua misilnya, Firefly Alpha dan Firefly Beta, dan juga akan meluncurkannya dari Eastern Range. Niat ini didukung oleh kontrak yang diterima dari NASA, termasuk untuk pengiriman kargo ke Bulan.
Di belakang Blue Origin bernafas - atau mungkin menyusulnya - Californian Relativity Space, yang menciptakan roketnya sendiri: Terran 1 sekali pakai dan Terran R. yang dapat digunakan kembali perbaikan dan pengoperasian kompleks peluncuran LC16 di Cape Canaveral, yang pada zaman kuno digunakan untuk meluncurkan rudal balistik Titan dan Pershing. Selain perusahaan-perusahaan ini, semakin banyak pemain baru bergegas ke adegan luar angkasa, beberapa di antaranya akan mencapai peluncuran dari Situs Uji Timur.
Akan naif untuk percaya bahwa terobosan untuk akses luas ke ruang angkasa hanya terletak pada penciptaan roket. Ini terlalu sepihak untuk menjadi benar. Spacewalk lebar - beberapa penerbangan. Ini adalah organisasi aliran izin untuk peluncuran, otomatisasi banyak proses, penjadwalan dinamis aliran peluncuran, pendekatan baru untuk penjadwalan peluncuran tertentu, revisi sejumlah pembatasan meteorologi. Mustahil untuk maju dalam satu hal, terjebak di yang lain.
Hanya solusi komprehensif untuk serangkaian tugas di semua segmen utama yang akan memungkinkan pembukaan gerbang ke ruang angkasa yang secara fundamental lebih luas, membukanya lebar-lebar. Kosmodrom Florida akan berubah menjadi masa depan seperti itu - dan, tampaknya, transformasi dimulai.