Předposlední start rakety Falcon 9 dne 18. srpna přinesl drobný a před ještě několika lety stěží uvěřitelný rekord. Jeden z použitých raketových stupňů letěl a přistál pošesté. A rozhodně neletěl naposledy. Jenže kolikrát ještě může odstartovat? Kde je ta pomyslná hranice? A kolik vlastně stojí příprava stupně na další start?
Na tyto v oboru často probírané a důležité otázky neznáme nezávislé odpovědi. Musíme se v podstatě spolehnout na odpovědi CEO a technického ředitele SpaceX Elona Muska. Ale ani ty nejsou nezajímavé.
Míří ke stovce?
Block 5, nejnovější varianta rakety Falcon, si odbyla premiéru v květnu 2018. V té době Elon Musk prohlašoval, že každý první stupeň by měl teoreticky zvládnout až sto startů. Od té doby stroje typu Block 5 letěly už 37krát. SpaceX by mohlo mít lepší představu o tom, jak si první stupně vedou a jestli nová verze rakety splnila očekávání.
A průběžný výsledek? Minimálně Elon Musk stále tvrdí, že nic nebrání tomu, aby první stupně Blocku 5 mohly absolvovat sto startů nebo i více.
Neobejde se to samozřejmě bez údržby. Některé součástky je v takovém případě zapotřebí průběžně měnit. Stejně tak čištění turbín na motorech Merlin je podle Muska „obtížné“. Merliny spalují letecký petrolej, při jehož hoření vznikají saze, které motor postupně zanášejí. Mezi starty je tedy potřeba saze odstranit.
Motor Raptor, který pohání Starship, je oproti Merlinu výrazně složitější. Spaluje ovšem metan, který hoří výrazně čistěji než petrolej. Podle Muska pomáhá snadné znovupoužitelnosti také nižší teplota hoření ve spalovací předkomoře Raptoru.
Merlin 1D (vlevo) vedle Raptoru
A co všechno se tedy s prvními stupni provádí mezi starty? Celý proces bohužel neznáme, máme ovšem alespoň dílčí informace. Musk bohužel nepotvrdil, zda proces čistění merlinů kvůli odstranění sazí probíhá po každém startu u všech motorů nebo jen po určitém počtu zážehů daného kusu. Na druhou stranu alespoň prozradil, že SpaceX mezi starty daného stupně „téměř nikdy“ nevyměňuje celé merliny za jiné kusy. V průběhu času je ale prý potřeba vyměnit některé součástky, například již zmíněné turbíny.
Co se týče nádrží, které tvoří hlavní konstrukci prvního stupně, z dřívějška víme, že SpaceX mezi starty provádí inspekce rentgenem. Při nich zkontrolují svary a přítomnost případných prasklin či dalších nesrovnalostí.
V nedávném dokumentu od Discovery jsme pak mohli vidět také čištění přistávacích nohou mezi starty. Příprava stupně na další start momentálně zabere přibližně dva měsíce. Což ovšem neznamená, že to SpaceX nedokáže rychleji, když je zapotřebí. Současný rekord v době mezi starty je 51 dnů, dá se ovšem očekávat, že v příštích měsících bude ještě mnohokrát pokořen.
12. dubna 2019 |
Od doby, kdy SpaceX začalo s opakovaným používáním prvních stupňů, se vedou debaty o tom, kolik to vlastně firmu stojí a jestli se jí to vůbec vyplatí. Například konkurenční společnost ULA si udělala vlastní analýzu a došla k závěru, že znovupoužitelnost se vyplatí, jen když je každý vyrobený stupeň použit alespoň desetkrát. A jelikož ULA startuje každý rok méně než desetkrát, je pro ni levnější vyrobit pokaždé novou raketu.
Ta pak má navíc o více než třetinu vyšší nosnost. Není totiž zapotřebí nechávat palivo na přistání a zároveň není nutné mít silnější konstrukci, přistávací nohy, kormidla a další odlišnosti, které zvyšují hmotnost rakety.
Asi nikoho nepřekvapí, že s analýzou ULA a dalšími kritickými názory ke konceptu Elon Musk nesouhlasí. Znovupoužitelnost u Falconu 9 prý sice vede ke snížení maximální nosnosti o 40 % či méně, ale náklady na záchranu stupně a jeho následnou přípravu na další start představují méně než 10 % celkových nákladů. To ve výsledku znamená, že už po dvou startech jsou celkové náklady a kombinovaná nosnost zhruba srovnatelná s jedním startem rakety na jedno použití. A pokud stupeň letí alespoň třikrát, úspory už jsou podle něj nezpochybnitelné.
Milion k milionu...
K dispozici máme i konkrétnější čísla, protože Elon Musk v nedávném rozhovoru pro Aviation Week prozradil náklady na jeden start již použitého Falconu 9. Přesněji řečeno náklady spojené se samotnou přípravou na start, ale bez zohlednění například ceny výroby stupně nebo (značné) náklady na vývoj rakety.
Podle Elona Muska jsou náklady na další start pouze 15 milionů dolarů. Drtivou většinu této částky přitom představuje 10 milionů na výrobu nového horního stupně Falconu. Ten není znovupoužitelný, a tak je nutné vyrobit nový kus pro každou misi.
Zbylých pět milionů pak zahrnuje aerodynamické kryty (Musk nejspíš počítá s již použitými kryty, protože výroba nových vyjde na 5–6 milionů), helium, palivo a okysličovadlo a záchranu stupně a krytů. A dále také náklady na repasování prvního stupně pro další použití ve výši pouhých 250 tisíc dolarů. Naznačuje to, že proces repasování nejspíš nevyžaduje mnoho práce, ani drahou výměnu hardwaru nebo náročné inspekce.
SpaceX přitom start použitého Falconu 9 nabízí veřejně za 50 milionů dolarů, což je na trhu s nosiči nízká cena. Což se zdá být jako veliká marže, ovšem do nákladů je potřeba rozpočítat také investici SpaceX do vývoje znovupoužitelnosti. Ta podle Muska činila zhruba miliardu dolarů.
Jak rychle se částka vrátí, bude záležet především na počtu provedených startů se stejným vybavením. Pro představu, části Falconů 9 se začaly ve větší míře opakovaně používat až na konci roku 2015 s verzí rakety 1.2. Od té doby SpaceX provedlo 75 startů, čistě mechanicky rozpočteno by tedy vývoj měl zvýšit cenu každého startu o cca 13 milionů dolarů. Ale to je čistě orientační výpočet – a navíc náklady na vývoj nejsou to jediné, co je nutné přičíst.
Například je samozřejmě také nutné započítat náklady na výrobu prvního stupně. Elon Musk v minulosti uvedl, že první stupeň představuje asi 60 % celkové ceny rakety, zatímco druhý stupeň asi 20 %. Takže pokud náklady na výrobu druhého stupně jsou 10 milionů dolarů, jak tvrdil, první stupeň by měl stát kolem 30 milionů. Tato částka se dále rozloží podle toho, kolik startů daný stupeň nakonec absolvuje.
Aktuálně proběhl zatím rekordní šestý start stupně B1049, ale Elon Musk následně potvrdil, že SpaceX plánuje hranici posouvat dál a dosáhnout deseti startů jednoho stupně prostřednictvím misí Starlink. K tomu by tedy mohlo teoreticky dojít někdy příští rok.
SpaceX zatím vyrobilo 11 exemplářů prvního stupně Falconu 9 ve variantě Block 5, které společně provedly celkem 35 misí (všechny úspěšně). To znamená, že jeden stupeň v průměru letěl už třikrát. A tato hodnota bude samozřejmě pouze stoupat.
Ovšem na začátku zmiňovaná hodnota stovky startů je zatím hodně daleko a možná zůstane navždy nedosažitelná. Prezidentka SpaceX Gwynne Shotwell před časem uvedla, že nejspíš bude stačit, aby každý stupeň letěl přibližně desetkrát. SpaceX totiž pro některé zákazníky stále musí každý rok vyrábět alespoň pár nových stupňů. Ve výsledku tedy bude vyrobeno dost stupňů na to, aby žádný z nich nemusel absolvovat více než těch deset startů, i kdyby jich technicky vzato třeba zvládl více.
Kolik za start
Jaké náklady tedy SpaceX má na jednotlivé starty? Pokud Muskem uváděná čísla aspoň trochu odpovídají realitě, náklady SpaceX na start nově vyrobeného Falconu 9 jsou přibližně 50 milionů dolarů. Firma si za komerční start s novým stupněm účtuje 62 milionů dolarů. Rozdíl je 12 milionů.
Druhý start téhož stupně pak má náklady už jen oněch zmíněných 15 milionů, které zahrnují repasování prvního stupně a aerodynamických krytů, výrobu nového druhého stupně, pohonné látky, náklady na provoz námořní flotily apod. Pokud na své druhé misi raketa vynese další komerční náklad, SpaceX získá 50 milionů (dává slevu na starty s použitým stupněm). V takové situaci by celkové příjmy ze startů daného stupně měly být 112 milionů (62+50) a přímé náklady pouze 65 milionů (50+15).
V této jednoduché aritmetice můžeme pokračovat. Pokud daný stupeň poletí celkem desetkrát a budeme předpokládat, že aerodynamické kryty je možné použít v průměru pro dvě mise, celkové náklady po deseti startech se budou pohybovat kolem 210 milionů.
Započteny jsou pouze jím uvedené přímé náklady na start a odhadované náklady na výrobu rakety. Náklady na vývoj Falconu 9 a jeho znovupoužitelnosti v tabulce chybí.
Alespoň na první pohled to SpaceX dává zajímavou šanci provádět lety pro vlastní potřeby za velmi zajímavé ceny. Pokud si bude sama účtovat pouze přímé náklady spojené s dalším startem, tedy 15 milionů dolarů, může s jedním jediným stupněm provést čtyři placené mise a zbylých šest bude mít s nadsázkou „zadarmo“. (Bez započtení nákladů na vývoj a výrobu, které jsme už zmiňovali.)
Pokud jste například jiná společnost, která chce „internet z vesmíru“ podobný satelitní megakonstelaci Starlink, bude pro vás těžké SpaceX konkurovat. Například Amazon chystá svou vlastní „flotilu“ satelitlů pro internetové vysílání s názvem Kuiper.
Neoficiální render kosmické lodi Starship se 400 satelity Starlink
Internetový gigant by mohl využít nosiče společnosti Blue Origin, za níž také stojí Jeff Bezos, ale zatím není jasné, kdy její nosič bude k dispozici a za jakou cenu. Do té doby by musela používat komerční nosiče za cenu výrazně vyšší, než za kterou může své satelity vynášet SpaceX. Také se může stát, že tou dobou už bude SpaceX létat se Starship, která dokáže vynést stovky družic Starlink najednou s podstatně nižšími náklady než Falcon.
A co větší raketa?Na závěr dovolte jednu spíše teoretickou úvahu. SpaceX plánuje vyvinout nebo koupit větší aerodynamický kryt pro nosiče Falcon tak, aby raketa vyhověla požadavkům na některé mise amerických ozbrojených sil. Protože by ho bylo možné použít i na těžkou raketu SpaceX Falcon Heavy, nevyplatilo by se pak SpaceX vynášet satelity Starlink spíše na tomto větším nosiči? Nemůžeme dát definitivní odpověď, protože ve hře je příliš mnoho neznámých: kolik by zvětšený kryt stál, zda bude znovupoužitelný a především kolik satelitů Starlink by Falcon Heavy takto dokázal vynést. Na základě známých cen se můžeme pokusit pouze o odhad.  Oficiální obrázek Falconu Heavy s prodlouženým krytem a obslužnou věží pro vertikální integraci nákladu Řekněme, že by Falcon Heavy se zvětšeným krytem dokázal vynést 100 družic místo standardních 60, kryt bude stát osm milionů dolarů a nebude znovupoužitelný. Pokud zároveň přibližně ztrojnásobíme náklady na výrobu a repasování stupňů a další související položky, vyjde nám, že cena za vynesení jedné družice klesne pod úroveň Falconu 9 až po asi sedmi startech. Podle tohoto velmi hrubého výpočtu se tedy zdá, že Falcon 9 bude i tak lepší volbou. Navíc je nejspíš velké plus, že mezi starty je potřeba repasovat jen jeden stupeň místo tří, což spolu s obtížnější logistikou související s manipulací trojnásobného počtu stupňů zvyšuje počet potřebných pracovníků. Ale samozřejmě reálná čísla mohou být dost jiná. |
Článek vznikl pro web ElonX.cz. Před vydáním byl redakčně upraven, originál naleznete zde.
Oprava: Popisek k tabulce chybně uváděl, že uvedené náklady nezahrnují náklady na výrobu nosiče. Ve skutečnosti jsou výrobní náklady v údajích zahrnuty. Za chybu se čtenářům i autorovi omlouváme.
