Úterý 12. listopadu 2024, svátek má Benedikt
  • Premium

    Získejte všechny články
    jen za 89 Kč/měsíc

  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
130 let

Lidovky.cz

Pátý Starship odstartoval a pak jeho stupeň zachytila Mechazilla

Věda

  15:11
Excitement guaranteed. Nadšení zaručeno. V rozpisu aktivity před startem a po něm rakety Starship společnosti SpaceX takto označený okamžik dvě sekundy před vzletem, kdy 33 motorů Raptor prvního stupně 5 000 tun těžkého kolosu nabíhá na (téměř) plný výkon. V neděli 13. října ve 14:25 středoevropského času jsme to při startu mohli vidět znovu.

Zhruba šest minut po startu došlo k úspěšnému zachycení přistávajícího prvního stupně pomocí obřích manipulátorů Mechazilla přímo na věži startovací rampy. Podotýkáme, že první stupeň má odhadovanou prázdnou hmotnost kolem 200 t. I kdyby byl pokus o zachycení alespoň částečně úspěšný, byli bychom i tak na prahu revoluce v kosmonautice.

Přílet prvního stupně k manipulátorům Mechazilla

Přistání na rampu, nebo do Mexického zálivu?

Co se tedy v neděli odehrálo? Vše zahájil letový ředitel vyhlášením hlasování v řídicím středisku o připravenosti jednotlivých systémů k letu. A protože bylo ve všech případech nahlášeno „Go“, začalo se s tankování pohonných látek (to do startu zbývalo 1 h 15 min). Pak následovalo natankování obou stupňů kapalným kyslíkem a metanem a pokračovalo se zahájením chlazení motorů Raptor (T mínus 19 min 40 s). V čase T mínus 3 min 20 s byla raketa plně natankovaná. Třicet sekund do startu potvrdil letový ředitel připravenost k letu. Deset sekund před startem došlo k aktivaci vodního záplavového systému rampy, o sedm sekund později k zahájení zážehové sekvence motorů Raptor.

Následovalo „zaručené nadšení“ a start. Minutu a dvě sekundy po startu na Starship působilo největší dynamické namáhání Max Q, v čase 2 min 33 s došlo k vypnutí většiny motorů prvního stupně (kromě tří, které běžely na snížený výkon). O osm sekund později proběhl zážeh šesti motorů stupně druhého a jeho oddělení.

V tuto chvíli nás zajímal první stupeň (Booster, v daném případě výrobní číslo B12), který prošel následují sekvencí:

  • 2 min 48 s (po startu) – začátek zážehu motorů, kterým se stupeň začne vracet na místo startu.
  • 3 min 41 s – konec zážehu motorů.
  • 3 min 43 s – odhození příhradového mezistupně (dovoluje tzv. hot-staging, tedy oddělení druhého stupně ještě v době činnosti prvního).
  • 6 min 8 s – rychlost stupně klesá na podzvukovou.
  • 6 min 33 s – zahájení přistávacího zážehu motorů. Letový ředitel vyhodnotí situaci a rozhodne o tom, zdali se stupeň pokusí o řízené dosednutí na rampě, nebo ne.
  • 6 min 50 s – přistání do vln Mexického zálivu, pokud letový ředitel nedá k dosednutí na rampě souhlas.
  • 6 min 56 s – pokus o zachycení stupně, pokud letový ředitel vydá souhlas s tímto manévrem.

Druhý stupeň (Ship, výrobní číslo S30) mezitím pokračoval dále na trasatmosférickou dráhu:

  • 8 min 27 s – vypnutí motorů.
  • 48 min 3 s – vstup do atmosféry.
  • 1 h 3 min 43 s – rychlost je podzvuková.
  • 1 h 5 min 15 s – přistávací manévr (z klouzavého letu se Ship překlopí do vertikální polohy).
  • 1 h 5 min 20 s – zahájení přistávacího manévru.
  • 1 h 5 min 34 s – přistání.

Grafické znázornění pátého testovacího letu Starship

Rakety na jedno použití

Opakovaná použitelnost kosmických raket byla na stole už od počátku vesmírné éry lidstva. Nedávalo smysl draze a obtížně vyrobenou raketu prostě zahodit jako pomačkaný kus papíru. Byly tu ale dvě „ale“. První: kosmické rakety se vyvinuly z vojenských. A u nich se s opakovaným použitím jaksi z podstaty věci nepočítá. Druhé: návrat rakety k opakovanému použití byl stejně komplikovaný, ne-li komplikovanější, než vlastní start. A tak se rakety vyráběly, vypouštěly – a zahazovaly.

V případě opakovaného použití přitom nešlo jen o teoretické koncepty: od března do srpna 1961 NASA ponořila do moře u mysu Canaveral motory H-1 (používaly je rakety Saturn I). Po „vylovení, vysušení, odbahnění“ je zkoušela testovat. Při prvním běhu byl motor ponořený v hloubce 3 m dvě hodiny, před novým zážehem byl rozebraný a vyčištěný. Při druhém byl po částečném ponoření jen ošetřený (nikoliv rozebraný) a při třetí byl nešetrně vhozený do vody a po rozložení a očištění znovu testován. H-1 fungovaly, cena za opakovanou použitelnost byla stanovena na pouhých pět procent ceny nového motoru.

Ještě před tím – v roce 1958 – řešila NASA koncept opakovaně použitelné rakety Juno V, resp. jejího prvního stupně. Projekt byl z důvodu jiných priorit opuštěný. Stejně tak se nerealizovaly plány na opakovanou použitelnost prvního stupně krále mezi raketami Saturn V: nepřistával na padácích do moře, nesnášel se pomocí balónů, nezachytávala jej obří helikoptéra s průměrem rotorů 120 m, ani nebyla odhazovaná (a následně zachraňovaná) alespoň jeho motorová sekce.

Po sérii dalších záměrů přišly kosmické raketoplány: u nich se zachraňovaly jak pomocné motory, tak orbitální část (tzv. Orbiter). Mělo to ovšem svoji daň: třeba u pomocných motorů na tuhé pohonné látky byla výhodnost opakované použitelnosti sporná (v následujících projektech Ares a SLS od ní NASA ustoupila). V devadesátých letech se proto rozjely práce na programu ASRM (Advanced Solid Rocket Motor), který počítal s jednorázově použitelnými pomocnými motory. Měly být levnější, bezpečnější, jednodušší na výrobu i logistiku... Leč Kongres USA, bezpochyby motivovaný nejlepšími pohnutkami, program zastavil. Bylo to v roce 1993 v okamžiku, kdy na dokončení ASRM bylo potřeba už jen 300 mil. dolarů. Přitom na ukončení bylo uvolněno - 300 mil. dolarů.

Revoluci do opakované použitelnosti vnesla až firma SpaceX s raketami Falcon 9. Žádné padáky, žádná křídla, žádné brzdicí balóny, žádné helikoptéry v roli lovců. Ale využití toho, co raketu žene nahoru: tedy raketových motorů. Pravda, doplněných o přistávací podvozek. Dnes už to vypadá jednoduše, ale když SpaceX začala poprvé o motorickém přistání mluvit – to bylo v roce 2011, do té doby chtěla využívat pro návrat stupňů padáky – ti slušnější jen významně pozvedávali obočí. Dnes má Elon Musk se svými raketami Falcon 9 kosmickou dopravní flotilu, jaké není rovno.

V blízkosti stávající postavili SpaceX i druhou vypouštěcí věž, takže už příští rok bychom se mohli dočkat dvou raket Starship sestavených vedle sebe

Falcon 9 je výborný, Starship bude lepší

Přesto má Falcon 9 své slabiny. Z pohledu Elona Muska je tento jinak výkonný nosič s kapacitou až 22,8 t nákladu na nízkou dráhu nesmírně slabý, protože pro jeho plány kolonizace Marsu prostě nedostačuje. Krom toho se zachraňuje a znovu používá jen první stupeň a aerodynamické kryty vynášeného nákladu. Ono „jen“ je samozřejmě relativní, protože první stupeň nese devět motorů z deseti a má podíl cca 80 procent na celkové hmotnosti rakety (bez pohonných látek). Nicméně pořád je třeba pro každou misi vyrobit zbrusu nový stupeň druhý. SpaceX sice experimentovala i s jeho záchranou, ale ta se prostě nevyplácela. Každý kilogram vynaložený na záchranu stupně (tepelná ochrana, palivo, aerodynamické plochy...) totiž snižuje nosnost právě o jeden kilogram.

Toto by měl změnit Muskův největší sen: raketa Starship. Ta je natolik velká, že i ztráta mnoha desítek tun potřebných na záchranu obou stupňů nebude při kapacitě několika set tun nákladu prakticky znatelná. A především: nebude se zahazovat vůbec nic. Ani jeden šroubek, ani jedna matička. Tak, jak raketa přistane, bude moci - dle Muska už za pár desítek minut - letět znovu. Půjde tedy o systém „dopravní letadlo“.

Starship je přitom skutečným monstrem: současná verze má na výšku 121 m s tím, že už se připravují rakety druhé a třetí generace s výškou až 150 m. Startovací hmotnost je cca 5 000 t (u třetí generace to bude přes 7 000 t). A nosnost není jasná: u stávající rakety to zřejmě budou desítky tun, u budoucích je cílem doprava až 400 t nákladu na oběžnou dráhu při jednom startu.

Starship před letem IFT-5: první stupeň B12 a druhý S30

První stupeň Starship se nazývá Booster, má výšku 70 m, průměr 9 m, prázdnou hmotnost cca 200 t a nese 33 motorů Raptor na kapalný kyslík a metan. Druhý stupeň označovaný jako Ship má výšku 50 m, průměr taktéž 9 m, prázdnou hmotnost zhruba 200 t a nese šest motorů Raptor. Tři z nich jsou s prodlouženou tryskou, tedy upravené pro vyšší výkon ve vakuu.

Kterak být dostatečně inovativní

Po několika vzletech zkušebních zařízení a startech plus následných pokusech o přistání samostatného druhého stupně se první let kompletní sestavy Starship (tedy první i druhý stupeň) uskutečnil 20. dubna 2023. Přestože raketa odstartovala bez tří motorů, postupně vypadávaly další, ztratila stabilitu a orientaci a nakonec se ve čtvrté minutě rozlomila a explodovala, inženýři ve SpaceX propukli v nezměrné nadšení. Dobře věděli, že u prvního letu je pravděpodobnost stoprocentního úspěchu limitně blízká nule. A taky věděli, že filozofií Elona Muska je létat co nejčastěji, získávat zkušenosti, poučovat se z chyb a systém neustále vylepšovat. I za cenu toho, že mu budou obří rakety selhávat.

Malá poznámka: toto je něco, co by si NASA jako státem zřizovaná a kontrolovaná organizace nemohla dovolit. Kdyby měla několik selhání obří rakety za sebou (jako Musk), bylo by na půdě Kongresu USA ustanoveno několik vyšetřovacích komisí. A ty by se už postaraly o veřejný lynč managementu. Skoro by se dalo říct, že pro NASA je lepší, když nelétá. Zpoždění vysvětlí snadněji, než selhání. Doba odvážných mužů a žen z šedesátých let je pryč, průkopníky nahradili byrokrati.

Ale zpět ke Starshipu, který letěl podruhé 18. listopadu 2023. Na rampě i raketě bylo provedeno přes tisíc změn. První stupeň tentokrát pracoval bezvadně a ztracený byl poté, co uvolnil druhý stupeň a začal se otáčet, aby se pokusil vrátit zpět k pobřeží a vyzkoušel přistání na vodní hladinu. Zničila jej exploze jednoho z motorů. Druhý stupeň byl ztracený těsně před dosažením plánované dráhy, když začal vypouštět desítky tun přebytečného kapalného kyslíku. Ten sloužil při absenci vynášeného nákladu jako balast, ovšem při vypouštění způsobil v motorové sekci požár a ztrátu rakety. „Kdybychom vynášeli skutečný náklad, plánované dráhy bychom dosáhli,“ posteskl si Musk.

Třetí kompletní Starship letěl 14. března 2024. Jeho první stupeň selhal v závěrečné fázi přistání ve výšce cca 500 m nad mořem, druhým dosáhl plánované dráhy. Nikoliv oběžné, ale transatmosférické: kdyby se vymkl kontrole, mohlo by se jinak na oběžné dráze ocitnout destičkami tepelné ochrany chráněné dvousettunové těleso, které by mohlo kdykoliv vstoupit do atmosféry. Při nedosažení oběžné rychlosti byla jistota, že stupeň v každém případě vstoupí do atmosféry v bezpečné oblasti. Druhý stupeň se ale nepodařilo stabilizovat a shořel při návratu na Zemi ve výšce cca 65 km.

14. března 2024

Prvními třemi lety tak Starship tak naplnil Muskovo krédo: „Selhání je také možnost. Pokud neselháváte, nejste dostatečně inovativní.“

Příliš rychlá firma SpaceX

Čtvrtý let Starshipu (start 6. června 2024) ovšem představoval triumf. Nebyl dokonalý, ale k dokonalosti se blížil. První stupeň přistál u „virtuální“ věže v Mexickém zálivu.

Starship letí do vesmírného prostoru během čtvrtého testu.

Viceprezident pro výrobu a letovou spolehlivost ve SpaceX William Gerstenmaier před několika dny uvedl, že přistál s přesností „půl centimetru“ (sic!). Ponechme stranou, zda si spletl jednotky nebo chtěl nereálných číslem zaujmout. Důležité je, že se přistání povedlo. Druhý stupeň dosáhl plánované dráhy a navzdory technickým problémům proletěl atmosférou a přistál dle plánu 6 km od středu cílové oblasti.

6. června 2024

Byť bezprostředně po misi IFT-4 nešetřil Elon Musk svým obvyklým optimismem a sliboval další misi do čtyř týdnů, realita je jiná. Třeba právě proto, že IFT-4 nasadil laťku pro další misi nečekaně vysoko. SpaceX se proto rozhodla vyměnit kompletně celý tepelný štít druhého stupně. A když kompletně, tak kompletně: jde o 19 tisíc dlaždic tepelné ochrany. Ovšem zhostila se toho s energií sobě vlastní: odstraňování starých dlaždic bylo započato 11. června a instalace nových dokončena 20. července (jako dodatečná ochrana pod ně byla navíc aplikována ablativní vrstva). Tato vpravdě raketová rychlost výměny byla možná i díky tomu, že Starship využívá dlaždice pouze šesti různých tvarů. Srovnejte s kosmickými raketoplány Space Shuttle, které jich měly přes třicet tisíc a dle tvrzení NASA nebyly žádné dvě stejné.

Bezprostředně po IFT-4 (přesněji 12. června) uvedla americká FAA (Federal Aviation Administration), že vzhledem k úspěšnému letu nebude požadovat žádné vyšetřování. Zdálo se, že tentokrát neproběhnou obvyklé licenční bitvy jako u předchozích startů. Než se k nim vrátíme, je třeba si uvědomit několik skutečností.

Za prvé: FAA a její licenční podmínky nepočítají s tak dynamickou a agilní firmou jako je SpaceX. Za druhé: kosmodrom Starbase je přímo uprostřed chráněného území. Za třetí: FAA má zodpovědnost za bezpečnost leteckého (pod nějž kosmonautika spadá) provozu. A Starship je 5000 t těžký kolos řítící se vzdušným prostorem - a i přistávající druhé stupeň má pořád slušných 200 t. Za čtvrté: SpaceX je kromobyčejně inovativní, takže často sama podá žádost k něčemu, co už následující týden neplatí. To byl třeba případ výměny tepelného štítu: licence by platila při zachování původních podmínek. SpaceX ale chtěla vpřed rychleji, ovšem žádost o licenci pro letovou konfiguraci IFT-5 podala až v polovině srpna.

Ještě v noci před startem se do zásobníků navážely další pohonné a pracovní látky

FAA ctí pravidla, Musk jde vpřed za svým snem o vybudování kolonie na Marsu stylem „včera bylo pozdě“. Přeskočme nyní vzájemné útoky obou entit z posledních týdnů a měsíců a podívejme se do minulého týdne. Ač bylo původně slibované vydání licence (nejdříve) koncem listopadu, začaly se objevovat zprávy o tom, že se přece jen poletí možná už v říjnu. Vzájemné útoky obě strany poškozovaly, a tak hledaly způsob, kterak ze situace vyjít v obou případech se ctí. Kde je vůle, je i cesta: nakonec došlo ke změně parametrů žádost a FAA shledala, že je šetření možné zkrátit. A 12. října vydala licenci nejen na pátý, ale hned i na šestý let Starshipu.

 Kč
Autor: