Skutečně všechny mise převezme Falcon 9 a na ostatní nic nezbude?
Motor BE-4 společnosti Blue Origin pro raketu Vulcan
V minulé části jsme vysvětlovali, že úspěšný provoz znovupoužitelných raket vyžaduje dodržení některých pravidel. Například pokud má být provoz ekonomicky výhodný, je třeba mít prosperující výrobu. Jenže v případě, že některé části rakety dokážete opětovně používat, bude vaše produkce logicky menší. Takže je nutné co největší část výroby vhodně sjednotit.
Cestou je například použití stejného nebo velmi podobného raketového motoru pro všechny stupně kosmického nosiče kvůli udržení stabilní produkce. Tento přístup známe dobře od společnosti SpaceX. Rakety Falcon používají stejný typ motorů pro všechny stupně raket a u Super Heavy Starship je přístup stejný. Existují samozřejmě verze motorů pro vakuum, ale stále jde jen o upravenou variantu stejného typu motoru. Podobný model má navržený i firma Blue Origin, která se navíc snaží nabízet svůj motor BE-4 i jiným zákazníkům, právě aby byla zaručena co největší produkce. To má opět své nevýhody, protože použití stejných nebo velmi podobných motorů může svým způsobem raketu zároveň i limitovat.
Hezkým příkladem jsou právě rakety Falcon, které nemají nejlepší druhý stupeň, což se projevuje zejména u misí na vyšší nebo únikové dráhy. Na některé mise se zkrátka příliš nehodí. Stačí se například podívat do statistik a snadno zjistíme, že Falcon 9 létá nejvíce na LEO, tedy nízkou oběžnou dráhu. To nám cosi říká i o současném modelu, který SpaceX zvolilo. Hodí se nejlépe právě pro LEO. Právě zde je nejlepší poměr cena/výkon. Pokud se však podíváme například na raketu Ariane 5 a její statistiku, naopak zjistíme, že jejím nejčastějším cílem byla dráha přechodová ke geostacionární (GTO). Pro potřeby Arianespace se tedy model SpaceX úplně nehodí. Samozřejmě to neznamená, že by jej měla ignorovat či se jím nezabývat.
Falcon 9 je moderní a technologicky vyspělá raketa schopná vynášet kosmickou loď Dragon v pilotované i nákladní konfiguraci. Nejvíce misí má za sebou na nízkou oběžnou dráhu. Na obrázku statický zážeh před misí Crew-6.
Věříme, že se momentálně nacházíme v dočasné, přechodné fázi a v následujících dekádách bude trh mnohem pestřejší. SpaceX jednoduše celé raketové odvětví proměnilo a ostatní se situaci přizpůsobují. Byla by ovšem chyba spoléhat se pouze na jedinou raketu či společnost, ať už s ní sympatizujeme jakkoli. Rozmanitost je jednoznačným přínosem.
V USA už jednou vsadili vše na jediný způsob dopravy do vesmíru a nedopadlo to dobře, viz raketoplány. Existence konkurenčních nosičů vytváří tlak na SpaceX a naopak svým postupem SpaceX vytváří tlak na konkurenci. Pokud by čistě teoreticky SpaceX třeba svou činnost jednou ukončilo, neexistovaly by alternativy a trvalo by roky opět něco smysluplného vybudovat.
Dalším faktorem jsou specifikace. Například míra vibrací během letu, velikost nákladového prostoru nebo třeba délka a průměr aerodynamického krytu. Pokud některá společnost například potřebuje družici s větším průměrem než 5 metrů, tak si jednoduše musí vybrat vhodný nosič na trhu. Pořád tu tedy budou mise, u kterých může vycházet jiný nosič lépe než rakety Falcon a je třeba si uvědomit to hlavní. ESA nepřestane rakety vyrábět kvůli tomu, že nenajde komerční zákazníky. Stejně jako Japonsko, Čína nebo třeba Indie. Klíčový je vlastní nezávislý přístup do vesmíru.
Jakkoli naivně to zní, tak právě současná situace je krásným příkladem, proč se na to vyplatí brát ohled v první řadě. Stačí si vzpomenout na nedávnou situaci, kdy se Rusko prostřednictvím Roskosmosu snažilo diktovat vlastní podmínky, za kterých vynese družice konstelace OneWeb na raketě Sojuz. Následující video oblétlo doslova celý svět.
Ukazuje pracovníky, jak přelepují americkou, britskou a japonskou vlajku na krytu rakety Sojuz-2 (paradoxně s použitím polepů amerického výrobce 3M). Zákazník z pochopitelných důvodů couvl a jen díky konkurenci a existenci dalších raket měl možnost nechat své družice dopravit do kosmu jinak. Levnější nemusí být vždy a pro všechny zároveň nejlepší možnost.
Rusko však není USA. Tam by se to přece stát nemohlo. Nebo snad ano?
Družice Symphonie-A před startem v roce 1974. Program kvůli zákazu komerčního využití družic ze strany dopravce (USA) zostřil touhu Evropy po suverenitě, což vedlo až k rozhodnutí vytvořit nosnou raketu Ariane. Odkaz tohoto programu je dodnes živý.
A přesto k podobné situaci už minimálně jednou došlo. V počátku rozvoje telekomunikačních technologií hrozilo reálné riziko globálního monopolu USA v této oblasti poskytování služeb. Vznikla sice mezinárodní telekomunikační organizace Intelsat, ale ta nezměnila požadavky a nastupující dominanci Spojených států v telekomunikační oblasti. Západoevropskou odpovědí byla stavba vlastních telekomunikačních družic Symphonie, které měly zaručit informační nezávislost nejen západoevropským zemím. A asi zde nemusíme vysvětlovat, jak důležitý je nezávislý přístup k informacím.
Vznikly dva letové exempláře a jeden prototyp. Problémem však byl vhodný raketový nosič. Čtyřstupňová raketa Europa II při svém prvním a zároveň posledním letu v roce 1972 bohužel selhala a bylo proto nutné porozhlédnout se jinde. Představenstvo usilovně hledalo vhodné řešení. V potaz byly tehdy brány obě kosmické velmoci, USA i Sovětský svaz, ale z politických důvodů padlo rozhodnutí dát přednost americkým nosičům Thor-Delta. Jednání s USA nebyla jednoduchá a nakonec vyjednaná klauzule zněla asi nějak takto: Francouzská vláda se musí zavázat k experimentální povaze vynášené družice a musí jasně potvrdit, že nebude používat určité služby pro komerční účely. V opačném případě NASA náklad nepřevezme a do vesmíru nedopraví.
Tím by de facto použití družic Symphonie podléhalo stávajícím podmínkám společnosti Intelsat. Pro Francouze byla taková smlouva samozřejmě nepřijatelná. Na druhou stranu Němci navrhovali, aby byla smlouva akceptována ve stávající verzi, která bude později znovu projednána, bude-li to nutné. Po dlouhých jednáních se tato omezující podmínka nakonec stala mimosmluvní, a to jen díky usilovné diplomatické korespondenci obou stran.
Během provozu první družice Symphonie se Francouzi navíc i nadále snažili vysvětlit organizaci Intelsat důležitost nezávislých regionálních telekomunikačních systémů, což se částečně podařilo prosadit díky propagaci těchto družic v Africe. Nicméně je to další dobrý příklad toho, proč je tolik důležité mít vlastní kosmický nosič.
Musí to být za každou cenu výdělečné?
Pro skoro všechny kosmofandy je toto opravdová „továrna na čokoládu“. Pod jednou střechou v Hawthorne v Kalifornii vzniká téměř celá raketa. Tento přístup změnil kosmonautiku navždy.
Nemusí a opět nás zdraví historie, která ukazuje, že založit si raketovou společnost za účelem zbohatnutí není zrovna nejlepší nápad. To platí dnes, samozřejmě třeba za dvacet, třicet let může být situace již jiná. Starty kosmických raket jsou po celém světě nejvíce dotované z veřejných peněz a komerční starty prakticky pomáhají tento podnik udržet neztrátový v lepším případě s mírným ziskem. Tento model opět rozbouralo SpaceX se svou měnovou politikou, ale bez státních peněz by se alespoň ve svých začátcích též neobešlo. Z toho vyplývá, že i za cenu vyšších veřejných nákladů je většina států se schopností vynášet náklady do kosmu ochotna udržet si vlastní rakety a infrastrukturu. Přestože to není bůhvíjak ziskové.
Dále si musíme položit otázku, co vlastně očekáváme? SpaceX je komerční společnost, která provozuje, staví a vyvíjí vlastní nosiče s jasným cílem, a tím je zisk. Díky svému modelu „All In“ ukázala zastaralému kosmickému průmyslu novou a moderní cestu, jak lze provozovat raketovou společnost. Inspirovala a měla jednoznačně dopad na celé odvětví, které vůbec poprvé v historii ukazuje, že může být i ziskové. Tomu se přizpůsobují všichni bez výjimek. Jen to dělají po svém. Nicméně zisk není důvodem, proč tu máme kosmické rakety a státy si udrží nezávislou kapacitu i přes to, že by vynášely pouze a jenom své vlastní družice. Nestane se tedy, že tu zůstane jen SpaceX, a kdo dokáže chápat souvislosti, ví, že je to tak i dobře.
Lehké to nebudou mít v nadcházejících letech ani ostatní kosmické rakety, ať už ty stávající, či ty, které teprve vznikají. Úspěšnost SpaceX je evidentní, a proto lze očekávat, že bude narůstat i počet opětovně použitelných technologií, ale to bude ještě nějakou dobu trvat. Zatím se musíme smířit s faktem, že tu budou i kosmické rakety na jedno použití. V některých případech je jejich nasazení dokonce stále výhodnější. Proto není třeba automaticky odsuzovat vše, co není nebo neplánuje být opětovně použitelné. Rakety na jedno použití jen tak nezmizejí a i jejich vylepšování je důležitou součástí levného přístupu do kosmu.
Opravdu je konkurence neschopná a na probíhající změny nereaguje?
Raketa Vulcan by měla časem mít znovupoužitelnou motorovou sekci.
Bylo by naivní myslet si, že ArianeGroup ztráta a odliv komerčních zakázek nemrzí. Stejně tak například společnost ULA, která do roku 2018 měla doslova monopol na armádní zakázky. V reakci na nové podmínky na trhu v říjnu 2014 společnost ULA oznámila zásadní restrukturalizaci procesů a pracovní síly s deklarovaným cílem snížit náklady na vynášení nákladů do kosmu o polovinu. Jedním z důvodů restrukturalizace a nových cílů snížit náklady byla konkurence ze strany SpaceX.
ULA měla méně uzavřených smluv na start soukromých, komerčních družic a bylo jasné, že bude třeba nová raketa. Komplikace s ruskými motory na raketách Atlas V a Antares pak celou záležitost ještě urychlily. Výsledkem je nosič Vulcan, který by měl do kosmu odstartovat poprvé snad ještě tento rok. Raketa Vulcan má v pozdější fázi mít opětovně použitelné motory.
V roce 2014 si ESA konečně vybrala architekturu a zahájila práce na raketě Ariane 6, která měla poprvé letět do vesmíru v roce 2020.
Proč odkládaná evropská raketa Ariane 6 není znovupoužitelná |
Pro ArianeGroup je to zcela nová situace, protože v minulosti v sektoru komerčních družic byla lídrem. Rakety pod záštitou Ariane vynášely až polovinu všech komerčních satelitů na celém světě a 64 procent v asijsko-pacifickém regionu. To se s příchodem SpaceX změnilo a podle nejnovějších statistik letos už vynesla raketa Falcon 9 od SpaceX asi 80 procent všech nákladů mířících do kosmu (myšleno na tuny).
To je obdivuhodné, avšak pro Ariane ne moc lichotivé. Ariane 6 je zatím v nedohlednu a zůstala jen raketa Vega, která ve verzi C selhala a je stále uzemněná. Nápravné kroky, které byly učiněny, nestačí a bude třeba udělat víc. V sázce je ona již mnohokrát zmiňovaná soběstačnost, protože je jasné, že bez státních dotací si na sebe v současném trhu raketa Ariane 6 nedokáže vydělat.
Vega-C před svým prvním a doposud jediným úspěšným startem v roce 2022
Na začátku roku 2019 francouzský Účetní dvůr kritizoval Arianespace za to, co vnímal jako neudržitelnou a příliš opatrnou reakci na rychlý vzestup cenově dostupné a opakovaně použitelné rakety Falcon 9 společnosti SpaceX. Bylo zjištěno, že Ariane 6 není konkurenceschopná s možnostmi služeb SpaceX. Dále bylo zjištěno, že nejpravděpodobnější výsledek pro Ariane 6 je ten, ve kterém samotná existence rakety bude založena na neustálých ročních dotacích od Evropské kosmické agentury (ESA), aby se vykompenzovala neschopnost rakety získat komerční zakázky. Obchodní model, který byl pro Ariane 6 navržen, tedy nenaplnil očekávání, a to ještě raketa ani nelétá.
Zdá se, že kvůli tomu narostly též neshody uvnitř členských států ESA, zejména Francie, Itálie a Německa, které mají rozdílné názory na další směřování. Osobně jsem si povšiml tří frakcí. Těžko odhadnout, jaký to bude mít dopad na ESA, každopádně je to ukazatel problému, který pomalu, ale jistě bují napříč Evropou. Německá část, která podporuje vlastní soukromé firmy a průmysl a jejich propojení na státní sektor. Nejviditelnější je zatím společnost RFA, vyvíjející malý nosič RFA One. Dále například Isar Aerospace, která vyvíjí malou dvoustupňovou raketu Spectrum.
Pak tu máme francouzskou část a dění okolo agentury CNES a snahu o vývoj znovupoužitelné rakety. V prosinci 2021 francouzská vláda oznámila plán na financování francouzské raketové firmy ArianeGroup, která má do roku 2026 vyvinout novou raketu pro menší náklady s názvem Maïa. Země tak činí překvapivě odděleně od běžných mezivládních projektů ESA.
Francouzský ministr financí Bruno Le Maire řekl, že Francie má v úmyslu mít vlastní SpaceX. „Budeme mít náš Falcon 9. Vynahradíme špatnou strategickou volbu, která byla učiněna před 10 lety…,“ poznamenal s narážkou na Ariane 6 během představení projektu.
Poslední pomyslnou frakcí je Itálie a zejména společnost Avio vyrábějící rakety Vega. Společnost počítá s rozvojem řady Vega, přechodem na kapalné pohonné látky a nasazením opětovně použitelných technologií. Překvapivě však působí náznaky, že zvažuje odloučení od Arianespace. Avio pracuje na motoru na kapalný kyslík a metan s názvem M10, který byl již úspěšně testován. V roce 2024 bude nedílnou součástí rakety Vega-E. Stojí méně než jeden milion eur a je navržen tak, aby nahradil současný třetí a čtvrtý stupeň raket Vega, které stojí pět milionů eur. Motor je založen na uzavřeném termodynamickém expanzním cyklu a skládá se z jedné spalovací komory chlazené regenerativně při asi 180 stupních pod nulou a schopného vícenásobných zážehů.
Avio na základě tohoto motoru plánuje postavit úplně novou raketu založenou na kapalných pohonných látkách, která může být i částečně znovupoužitelná. Předcházet by měl demonstrátor IFD neboli In Flight Demonstrator. Vznik je podpořen hlavně díky plánované konstelaci Iris², což je odpověď EU na Starlink společnosti SpaceX. Podle Avia by se konečně mohl takový nosič Evropě vyplatit.
Plány společnosti Avio na nadcházející roky. Rakety Vega postupně přejdou na kapalné pohonné látky a budou zřejmě i částečně znovupoužitelné.
Máme tu však i společné projekty. V roce 2019 Evropská komise uvolnila na projekt RETALT celkem tři miliony eur. Ty byly poskytnuty Německé kosmické agentuře DLR a čtyřem evropským společnostem na financování studie řešení nedostatku know-how v oblasti opakovaně použitelných raket v Evropě s cílem vyvinout raketový motor restartovatelný během klesání atmosférou po vzoru SpaceX. Koncem roku 2022 byl projekt ukončen. Za necelé čtyři roky byla vydána celá řada studií, které mají pomoci s vývojem rakety používající přistání po vzoru SpaceX. Jsou volně dostupné na adrese zenodo.org. Výsledky budou použity v projektu SALTO, jehož součástí je demonstrátor Themis.
Agentura CNES se podílí spolu s Německem a několika dalšími vládami na projektu Ariane Next (SALTO), který byl částečně motivován tlakem levnějších konkurenčních možností s novějšími technologickými schopnostmi, které Ariane 6 nemá. V reakci na konkurenční tlaky je jedním z cílů Ariane Next snížit náklady na start rakety Ariane dvojnásobně nad rámec vylepšení, která přinese Ariane 6. V rámci programu vzniká demonstrátor Themis. Jaké uplatnění nakonec najde, je zatím nejasné. Dalším společným projektem je opětovně použitelný raketový motor na metan Prometheus, který by měl být součástí vícero projektů. Do budoucna by mohl nahradit motory Vulcan, což se pochopitelně příliš nelíbí francouzské straně. Dalším projektem ArianeGroup je chytrý horní stupeň SUSIE, který by mohla využívat raketa Ariane 6. Měl by jít využít i pro pilotované lety.
Na změny reagují samozřejmě také v Japonsku, které se zapojilo s CNES a DLR do projektu Callisto. Výsledky by se měly promítnout do rozvoje nástupce rakety H3. Rozsáhlou kapitolou je pak dění v Číně. I ta reaguje a vyvíjí hned několik raket s opětovně použitelnými prvky, a to jak v soukromém sektoru, tak státním. V Číně jsou však oba sektory úzce provázané. Známější je například plánovaná raketa Dlouhý pochod 8. (CZ-8). O dalších projektech je možné se dočíst v našem článku na toto téma zde. Své projekty mají i v Indii a Rusku.
Konkurence tedy rozhodně nespí. Není třeba tak pružná, ale na změny reaguje. Lze se tedy domnívat, že stojíme před prahem změn, které už se ovšem fakticky dějí. Nebudou skokové, ale spíše postupné. Na trhu se díky laciné výrobě a dalším faktorům udrží rakety na jedno použití ještě dlouhé roky a možná nevymizí nikdy, protože pro některé mise budou zkrátka pořád nejvýhodnější variantou.
Text byl převzat z portálu ElonX. Před vydáním byl redakčně upraven. Originál najdete zde.
