#

Starshopper’dan S20’ye: SpaceX’in iki yılda rekor bir hızla gelişen Starship teknolojisi

SpaceX, yaklaşık 2,5 yıldır aktif olarak Starship’in geliştirilmesi üzerine çalışıyor. Boca Chica yakınlarında birkaç çadırla başlayan hikaye, bugün devasa bir tesis olarak devam etmekle birlikte; bu sürede inşa edilen prototipler Starship’in teknik detaylarının çoğunu değiştirdi ve mükemmelliyete ulaşmasında en büyük rolü üstlendi.

Starhopper’ın 150 metrelik uçuşunun 2. yıl yıldönümünde hazırlanan bu yazıda, Starship programının gelişim sürecinde yer alan önemli adımların neden önemli olduğu ve programa nasıl katkıda bulunduğuna yönelik kısa bir şekilde anlattık.

(Bu metnin temel bilgi içeriği ve konu dağılımı Nasaspaceflight tarafından hazırlanan yazıya dayanmaktadır.)

Starshopper

Starship programı içinde üretilen ilk araç olan Starhopper, SpaceX’in Falcon 9 için geliştirdiği Grasshopper’a benzer mantığa sahip bir test aracıydı. Big Falcon Rocket (BFR, Starship’in önceki adı) tasarımını temel alan bu araç; metan ve oksijen tanklarına, bir adet raptor motoruna ve 3 adet sabit ayağa sahipti. Bu küçük sistemlerle beraber temel amacı, birkaç yüz metrelik uçuşlarla birlikte BFR’da kullanılacak teknolojileri test etmekti.

Birkaç statik ateşlemeden ve 1 metrelik bir kalkış testinden sonra Starhopper 27 Ağustos 2019’da 150 metrelik bir uçuş testini başarıyla tamamladı. Bu test uçuşu, o zamanlar yeni ve tecrübesiz olan Raptor motoru için oldukça önemli bir andı.

Starhopper’ın başarılı bir test uçuşundan 1 ay sonra SpaceX, BFR’ın yerini alacak Starship tasarımını açıkladı. Böylelikle Starshopper emekliliğe ayrıldı ve yerini MK1, SN1, SN3 ve SN4’e bıraktı.

MK1, SN1, SN3 VE SN4

Starshopper’ın başarısının ardından yeni Starship tasarımı için üretilen MK1, SN1 ve SN3 basınçlandırma testi esnasında başarısız oldu. SN4, hem basınçlandırma hem de statik ateşleme testini geçen ilk Starship prototipiydi. 5 statik ateşleme sonrasında patlamadan önce, toplam 4 statik ateşlemeyi tamamladı.

MK1 basınç testi esnasında patlıyor
SN5, SN6 ve SN7.1

Starhopper’ın 150 metrelik test uçuşundan 1 yıldan kısa bir süre sonra SpaceX, Raptor 27’yi kullanan SN5 ile 150 metrelik mükemmel bir test uçuşunu tamamladı. SN5’in başarılı test uçuşu, Starship’in temel tasarımını kanıtlamaya yardımcı olacaktı. Test uçuşundan sonra SN5 iniş rampasından alınarak üretim tesisine geri götürüldü.

Sn5’ten sonraki prototip Sn6, 12 Ağustos 2020’de üretim tesisinden ayrılarak Pad A’ya götürüldü. 16 Ağustos’taki başarılı basınç testinin ardından Raptor 29 SN6’ya takıldı ve statik ateşleme testini başarıyla tamamladı. SN6’nın uçuş testi, temel olarak SN5 ile aynıydı ama uçuşun daha kısa sürede tamamlanması hedefleniyordu; ayrıca aracın en alt kısmında birkaç karo ısı kalkanı da vardı.

SN6’nın ilk uçuş denemesi 30 Ağustos’ta denense de teknik bir sorun yüzünden iptal edildi. İlerleyen dört gün boyunca devam eden şiddetli rüzgar da ertelenmelere sebep oldu. Şiddetli rüzgarın dinmesi ve teknik sorunların giderilmesi ardından SN6, 3 Eylül’de 150 metrelik bir test uçuşunu başarıyla tamamladı ve güvenle rampaya indi. Ardından tıpkı SN5 gibi üretim tesisine geri götürüldü.

İşte tam burada SpaceX’in önemli karar vermesi gerekiyordu. Ya SN5 ve SN6’yı tekrar uçurarak daha fazla veri elde edecekti; yada bir sonraki prototip SN8’e geçerek zamandan tasarruf edecekti. Spacex zamandan tasarruf etmeyi seçti.

SN6’dan bir sonraki prototip Sn7.1’di. Diğer prototiplerin aksine yeni üretim tekniklerini denemek için inşa edilmiş bu prototipin asıl amacı ise bir önceki prototiplerde kullanılan 301 seri numaralı çeliğin yerine 304L çeliğini test etmekti. SN7.1 8 eylülde üretim tesisinden ayrıldı ve basınç testi için Pad B’ye götürüldü. Başarılı bir basınç testinin ardından, 304L çeliğinin sağlamlığını test etmek üzere yeni bir test rampasına alındı. 23 eylülde SN7.1’e sıvı nitrojen yüklenmeye başladı ve patlayana kadar içindeki basınç arttırıldı. Nihayetinde basınç 9 bara ulaştı ve SN7.1 başarılı bir şekilde testi tamamlayarak patladı. SN7.1’de elde edilen basınç başarısı bir sonraki prototipler daha elverişli bir çelik kullanmasına sebep oldu.

SN8

Bir sonraki Starship prototipi SN8 pek çok yönden bir ilkti. Bir Starship prototipi ilk defa 3 raptor motoruna, kanatlara ve burun konisine sahipti. SN8’in yakıt tankları ve alt kanatları içeren ilk parçası 27 Eylül 2020’de Pad A’ya taşındı. 6 Ekim’de burun konisi olmadan bir basınç testi gerçekleştirdi. Ancak test sırasında yakıt tankında sızıntı tespit edildi ve bir günlük onarım sonrasında tekrar bir basınç testi denense de o da başarısızlıkla sonuçlandı. Üçüncü basınç testi ise tamamen başarılıydı ve sıra raptor motorlarının rampaya getirilmesine geldi: Raptor 30, 32 ve 39.

19 Ekim’de raptor motorlarının Preburner’ları test edilmesi son anda iptal edildi ve 20 ekime ertelendi. 20 Ekim’de ise preburner’lar başarıyla test edildi ve sadece 2 saat sonra 3 raptor motoruyla statik ateşleme başarıyla tamamlandı. Bu, 3 raptor motoruyla yapılan ilk statik ateşlenmeydi. Ancak statik ateşleme esnasında yerdeki beton parçalandı ve sıçrayan bazı parçalar aviyonik kablosunu parçaladı. Ayrıca Raptor 39, Raptor 36 ile değiştirildi.

Statik ateşlemenin bu başarısının ardında burun konisi Sn8’e takıldı ve burun konisindeki LOX Header Tank’in istendiği gibi çalıştığından emin olmak için 4 kasımda bir basınç testi gerçekleştirildi. 7 gün sonra ise, header tank kullanılarak tek bir raptorla statik ateşleme testi başarıyla tamamlandı.

Bu noktaya kadar SN8’de ciddi bir sorunla karşılaşılmasa da, işler böyle gitmeyecekti. Nitekim 12 kasımda 3 raptor motoruyla denenen bir statik ateşleme esnasında araç pnömatiklerinin hasar gördü ve görev kontrol araç üzerindeki tüm kontrollerini kaybetti. Kontrol kaybıyla SpaceX’in yapabileceği tek şey Header Tank’teki disk’in patlamasını beklemekti. Nitekim yerel saatle 20.36’da header tank patladı ve basınç dışarı sızmaya başladı.

Testten sonra Raptor 32 SN8’den çıkarıldı ve yerini Raptor 42 aldı. Birkaç günlük onarım ve basınç sonrasında Raptor 30, 36 ve 42; 24 Kasım’da başarılı bir şekilde statik ateşleme testini tamamladı: sırada 10 km’lik bir test uçuşu vardı.

9 Aralık 2020’de SN8, üç raptor motoruyla Pad A’dan başarıyla kalktı ve 10 km irtifaya ulaşana kadar sırasıyla motorlarını kapattı. Ardından, kanatlarını kullanarak yatay pozisyona geçti ve rampaya doğru süzülmeye başladı -bu gerçekten büyüleyiciydi-. İniş ateşlemesi için Sn8 2-1 konfigürasyonunu kullanıyordu: yani yata pozisyondan dikey pozisyonuna geçmek için 2 raptor motorunu ateşlemiş; iniş için ise 1 raptor motorunu kullanmıştı. Ancak inişte kullanılacak 1 raptor, ateşlenme esnasında yakıt tankındaki basınç sorunu nedeniyle yeterli yakıt alamadı ve kendini yakmaya başladı. Bu, metalin verimsiz bir şekilde yandığını anlamına geliyordu ve araç kendini yeterince yavaşlatamadan iniş pistine çarptı. SN8’den geriye sadece burun konisi kalsa da, beklenenden çok daha büyük bir başarıya ulaştı.

SN8’deki basınç sorununun ardından SpaceX basınçlandırıcı için geçici olarak Helyum kullanmaya karar verdi.

SN9 ve SN7.2

Starship SN9, tam ölçekli Starship prototiplerinin ikincisiydi. Ancak, her ne kadar SN8’den sonra da gelse nispeten kötü bir geçmişe sahip olacaktı.

SN9’un inşası, 25 Kasım’da HighBay’de tamamlandı (aynı zamanda üretimi HighBay’de tamamlanan ilk prototiptir). Ancak, SN8’in başarılı test uçuşundan 2 gün sonra, 11 Kasım 2020’de üstünde durduğu platformdaki hata yüzünden devrildi ve HighBay’in duvarına çarptı. Ertesi gün dikey hale getirildi ve çalışan SN9 üzerinde hasar tespiti yapmaya başladı. SpaceX’in SN9 üzerinde hasar tespiti yapması zaman alsa da herhangi bir önemli hasar yoktu; sadece iki kanadın değişmesi gerekti.

Onarımlar tamamlandıktan sonra Sn9 22 aralıkta iki raptor motoru takılı halde Pad B’ye taşındı ve hemen ardından 3. raptor da rampaya geldi. Pad B’de geçen 1 haftanın ardından başarılı bir basınç testi yapıldı ve statik ateşleme için hazırlıklar başladı.

SN9’un ilk statik ateşlemesi 6 ocakta 3 raptor motoruyla denense de kısa bir süre sonra bilgisayar tarafından durduruldu. Bir hafta sonra, 13 ocakta başarılı bir ikinci statik ateşleme denendi, hemen ardından üçüncü ve dördüncü statik ateşleme denendi. Ateşlemeler her ne kadar başarılı olsa da testten sonra Raptor 44 ve 46, 45 48 ile değiştirildi.

Yeni raptorlarla beraber SN9, 20 ocakta 2 statik ateşleme denese de her ikisi de ateşlemeden dakikalar öncesinde durduruldu. Hızlı bir inceleme sonrası ertesi gün tekrar bir statik ateşleme denense de ateşleme yarıda kesildi. 22 ocakta ise üç raptor motoru statik ateşlemeyi başarıyla tamamladı.

Statik ateşlemelerin tamamlanmasıyla birlikte SN9 fırlatmaya hazır olsa da önemli sorun vardı: FAA. SN8’in FAA’in izni olmadan uçmasının ardından FAA, SpaceX’i incelemeye almıştı ve SN9’un uçması için önce soruşturmanın bitmesi gerekiyordu. 25, 28 ve 29 Ocak’ta SpaceX SN9’u uçurmaya çalışsa da FAA izni olmadığı için girişimler ertelendi. Tüm bunlar olurken SN7.2 26 Ocak’ta basınç testini tamamlamıştı.

29 ocaktaki fırlatma denemesinin ertelenmesinin ardından SpaceX hali hazırda üretimi tamamlanmış SN10’da rampaya taşıyarak SN9’un hemen yanına, Pad A’ya yerleştirdi. Bu, iki Starship’in birlikte rampada olduğunu ilk andı.

2 Şubat 2021’de SN9, 10 km’lik bir test uçuşu için 3 raptor motoruyla rampadan havalandı. Başarılı bir kalkış ve süzülüşün ardından iniş manevrasında bir başarısızlık yaşadı. Öyle ki, iniş manevrası sırasında ikinci raptor ateşlenemedi ve çarpraz bir şekilde iniş pistine çarptı. SN9 her ne kadar başarısız olsa da, SN8’in başarısının tesadüf olmadığını kanıtladı; bunlara ek olarak helyum ile basınçlandırmanın işe yarar olduğunu doğruladı.

SN9’un test uçuşundan hemen sonra SN7.2 yeni bir basınç testinden geçti. Bu testle birlikte Starship’in metal kalınlığı 4 mm’den 3 mm’ye düşürüldü ve yakıtsız ağırlıktan %25 tasarruf edildi.

SN10

SN10, tam ölçekli Starship prototiplerinin üçüncüsüydü. Diğer prototiplere göre 3-1 olmak üzere yeni bir iniş sistemi kullanmıştı.

SN10’un ilk testi 8 şubatta basınçlandırma ile yapıldı ve onu 23 şubatta yapılan Statik ateşleme izledi. Statik ateşlemeden sonra bazı raptorlar değiştirildi ve hemen ertesi gün tekrar bir statik ateşleme denendi. Motorları taktıktan sonra 24 saatten az bir sürede yapılan bir statik ateşleme, SpaceX’in olağanüstü hızını açıkça gösterdi.

3 martta SN10 için bir test uçuşu denense de, ateşlemeden hemen sonra bilgisayar beklenmeyen itki seviyeleri nedeniyle uçuşu iptal etti. SpaceX itme seviyesi toleransını arttırdı ve iki saat sonra ikinci bir test denemesi denendi; SN10 Pad A’dan havalandı. Başarılı bir kalkış ve süzülüş sonrasında 3 raptor motoru aracı dikey hale getirmek için ateşlendi. Hemen ardından 2 raptor kapatıldı ve tek raptor ile dikey biçimde inmeye başladı. Ancak burada bir sorun vardı, zira SpaceX kalan tek raptorun itkisi arttırmayı planlasa da motor itkisi arttıramadı.

Bunun üzerine SN10 sert bir şekilde rampaya indi; ancak iniş ani bir patlamaya yetecek kadar hızlı değildi. Ama elbette bu, bir patlama olmayacağı anlamına gelmiyor; inişten yaklaşık 8 dakika sonra zarar gören yakıt boruları büyük bir patlamaya sebep oldu.

SN11 ve BN1

SN11, uçacak tam ölçekli ilk nesil Starship prototipinin dördüncü ve sonuncusuydu. Tıpkı SN9 gibi raptor motorları takılı halde 8 martta rampaya taşındı ve Pad B’ye yerleştirildi. Rampaya taşındıktan 3 gün sonra başarıyla basınç testinden geçti. 15 Mart’ta bir statik ateşleme denese de ateşleme esnasında iptal edildi.

SN11’in kontrol ve denetimleri tamamlanırken ekipler aynı zamanda BN1’in inşasını tamamlamıştı. BN1, üretilen ilk Superheavy olmakla beraber üretim tekniklerinin test edilmesi için inşa edilmişti. Birleştirildikten hemen sonra birbirinden ayrıldı ve hurdalığa götürüldü. Herhangi bir test gerçekleştirilmese de BN1, Elon Musk’ın söylediği üzere Superheavy prototiplerinin üretilmesi konusunda oldukça önemli veriler sağlamış ve bazı tekniklerin değiştirilmesine sebep olmuştu.

SN11’deki ikinci statik ateşleme 22 Mart’ta başarıyla tamamlandı. Ancak ateşlemeden sonra ekipler Raptor SN46 üzerinde bazı iyileştirilmeler yapılmak zorunda kaldı. 26 Mart sabahı SN11 Raptor SN46 ile statik ateşleme testini başarıyla tamamladı.

Başarılı bir statik ateşlemeden sonra SpaceX SN11’i fırlatmayı denese de teknik sorunlar nedeniyle ertelendi. İkinci fırlatma girişi 29 Martta denense de FAA müfettişinin zamanında bölgeye ulaşamaması nedeniyle yarına ertelendi. 30 Mart 2021’de ise, oldukça sisli bir havada test uçuşuna başladı. Tıpkı diğer prototipler gibi yükselme ve süzülme aşamalarını tamamlasa da inişte işler hiç olmadığı kadar kötüydü.

SN11 patlama sebebi ise Raptor SN52’den kaynaklanıyordu. Yükselme esnasında motorda meydana gelen sızıntı yangına sebep oldu. Meydana gelen yangın nedeniyle metan turbopump’unun hasar görmesine sebep oldu. İniş sırasında turbopomp ‘sert bir başlangıç’a maruz kaldı ve bu yanma odasındaki basıncın istenilen seviyeye ulaşamamasına sebep oldu. Bu, aracın motorlar ateşlendikten hemen sonra patlamasıyla sonuçlandı.

SN15

Yeni nesil raptorlarla uçan ilk prototip SN15 idi. Buna ek olarak yeni SN15 tasarımı, eski prototiplerin bazı kusurlarını düzeltti.

SN15, 9 Nisanda rampaya taşındı. 12 nisanda ana yakıt tanklarında, 13 nisanda ise header tanklerde basınç testini tamamladı. Başarılı basınç testlerinin ardından 3 raptor da SN15’e takılmak üzere rampaya gönderildi. Bunu 26 nisanda ana tanklardan, 27 nisanda header tanklardan yapılan iki statik ateşleme izledi: SN15 fırlatılmaya hazırdı.

Sn15, 5 mayısta gerçek anlamda kusursuz bir uçuş ve iniş gerçekleştirdi.

Yörünge için yer destek sistemleri

Starship’in gelişme sürecinde şuana kadar prototipler başı çekse de, tıpkı onlar kadar önemli olan bir şey var: yer destek sistemleri. SpaceX, bir sonraki Starship hedefi için hali hazırda bir yörünge fırlatma rampası (kısaca OLP) üzerinde nisan ayından bu yana çalışıyor.

Bu 5 ay içinde OLP tarihte görülmemiş bir hız ve basitlik ile tamamlandı. Bu 5 ay içerinde yörünge rampası iki farklı kısım olarak geliştirildi. İlk kısım, Starship Superheavy’ye yakıt sağlayacak yakıt sistemiydi. SpaceX bunun için prototiplerin inşasında kullanılan metal halkalarıyla GSE adı verilen 8 adet tank inşa etti. Bu yakıt tankları; 3 oksijen, 2 metan, 2 nitrojen ve 1 su olarak ayrılıyor. Oksijen ve metan barındıran GSE tanklarına ise ısısını koruması için beyaz bir kaplama tank geçiriliyor.

Yörünge rampasının ikinci kısma ise fırlatma kulesi. SpaceX, fırlatma kulesini birbirine geçebilen 9 kat olarak 4 ayda tamamladı. Daha sonrasında kule için yakıt borularını takmaya, yakıtı aktarmak için ise bir kol hazırlamaya başladı. Yakıt boruları şuan büyük ölçekte hazır olmakla beraber yakıt kolu ikinci parçasının takılması için bekliyor.

SpaceX, Starbase için şuanlık iki yörünge rampası planlıyor. Bu iki rampayla birlikte SpaceX, Ay, Mars ve diğer görevleri için fırlatma yapacak.

Starbase Launch Pad’in güncel ve planlanan hali
BN3

BN1’in tamamlanan üretiminin ardından SpaceX, BN3 üzerine odaklanmaya başladı. İlk olarak Mart 2021’de görülen ve 29 haziranda tamamlandı ve 1 temmuz Pad A’ya taşındı. 12 temmuzda BN3, basınç testini tamamlayan ilk Superheavy prototipini oldu. Sadece bir hafta sonra BN3, raptor 57, 59 ve 62 ile başarılı bir statik ateşleme gerçekleştirdi. Statik ateşlemeden sonra Elon Musk her ne kadar 9 raptor motoruyla bir statik ateşleme testi olacağını söylese de programın hızlanması için bu plan iptal edildi.

Ekipler 14 ağustos BN3’ün metan tankını araçtan ayırdı. BN3’ün parçaları şuanda Pad A ve yakınlarında hurdaya taşınmayı bekliyor.

S20 ve B4

Booster 4 ise ilk olarak Temmuz ayı başında Highbay’de görülen ve fırlatılacak ilk Superheavy prototipi olma özelliğini taşıyan Superheavydir. Booster 4, 2 Ağustos’ta tamamen birleştirildi ve 36 saatten kısa bir sürede 29 raptor motoru araca monte edildi. Aynı gün ilk kez gridfine’ler bir Superheavy’ye takıldı. Tamamlanan birleştirmeler sonrasında B4, 3 ağustosta yörünge rampasına taşındı (aynı zamanda bu onu yörünge rampasına yerleştirilen ilk araç yapıyor).

Starship S20, ilk olarak Mart 2021’de görülen ve yörüngeye gidecek ilk Starship prototipidir. B4 ile paralel giden gelişim sürecinde aracın yarısı ısı kalkanlarıyla kaplandı, eskisine göre daha küçük kanatlar araca monte edildi ve 3’ü vakum olmak üzere 6 raptor motoru araca takıldı. S20, B4’ün rampaya gitmesinin ardından HighBay’e taşındı ve burun konisi ile birleştirildi. Tamamlanan birleştirme sonrası S20 5 ağustosta rampaya gitti.

Bir günlük bir ertelenmeden sonra, 6 ağustosta ilk defa bir starship bir superheavy birleştirildi. Bu birleştirme esnasında iki araçta yörüngeye gidebilecek kabiliyete sahip değildi; çünkü bu birleştirme Elon Musk’ın 5 ağustosa kadar S20 ile B4’ü birleştirme hedefine karşılık yapılmıştı. Starship programı için tarihi bir andı.

Yaklaşık 1 saat sonra iki araç ta birbirinden ayrıldı. S20 ısı kalkanları da dahil olmak üzere iyileştirilmesi gereken detaylar üzerinde çalışılması adına üretim tesisine geri götürüldü. Yine aynı şekilde B4, 11 Ağustos’ta üretim sahasına geri döndü. Geri kalan tamamlanma sürecinde bazı raptorlar değiştirildi ve dışarıda kalan COVP’ler için metal korumalar eklendi.

S20, basınç testleri için 13 Ağustosta raptor motorları olmadan fırlatma rampasına taşındı. Başarılı bir basınç testinin ardından statik ateşleme yapılması planlanıyor.

Hem B4 hem de S20, ilk yörünge uçuşunda kullanılmak üzere inşa edildi. Şuan ki planlara göre B4, S20’ye uzaya götürdükten sonra suya yumuşak iniş yapacak. S20 ise yörünge hızıyla atmosfere girecek ve eğer sağ kalırsa hawaii’nin Kauai adasının 100 km uzaklığındaki suya yumuşak iniş yapmayı deneyecek.

  1. Enes Köroğlu says:

    Knk bazi küçük hatalar gördüm mesela gse tanki 6 tane değil 8 tane 1tane su tankı olmak üzere sn8 10 km değil 12.5 km yüksekliğe çıktı ve burada neden B2.1 yok ve sn2 prototipinide göremedim bide sn 11 den neden sn15 e atlandığı açıklanırsa çok daha güzel olur bunların dışında gayet güzel ve bilgilendirici bir yazı olmuş ellerinize sağlık:)

  2. Enes07 says:

    Knk bazi küçük hatalar gördüm mesela gse tanki 6 tane değil 8 tane 1tane su tankı olmak üzere sn8 10 km değil 12.5 km yüksekliğe çıktı ve burada neden B2.1 yok ve sn2 prototipinide göremedim bide sn 11 den neden sn15 e atlandığı açıklanırsa çok daha güzel olur bunların dışında gayet güzel ve bilgilendirici bir yazı olmuş ellerinize sağlık:)