Sobota 16. ledna 2021, svátek má Ctirad
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Sobota 16. ledna 2021 Ctirad

Vodní systém chrání během startů SpaceX nejen rampu, ale také raketu

Pokud jste někdy viděli start rakety, možná jste si všimli, že je na startovní rampu vypouštěna obrovská spousta vody. K čemu slouží?

Vodní ochrana rampy LC-39A během startu mise DM-2 | foto: NASA

Rakety při svém startu z odpalovacího stanoviště musí vydržet velké namáhání. A podobně je na tom i rampa samotná. Na ni totiž vychrlí startující raketa obrovskou rychlostí proud spalin a při každém startu jí hrozí velké poškození.

Kupříkladu spaliny motoru Merlin 1D opouští trysku rychlostí 2,77 km/s a mají teplotu přibližně 1 500 °C. Spaliny tedy několikanásobně překračují rychlost zvuku, která se při teplotě 20 °C udává jako 343 m/s. Při střetu spalin s okolním vzduchem dochází k tvorbě rázové vlny a všichni, kdo jste kdy slyšeli na obloze nadzvukové letadlo, si patrně dokážete představit hluk, který při tomto procesu vzniká.

Proud spalin opouštějící raketové motory je tedy nutno usměrnit, protože pokud by mířil směrem kolmo k zemi, mohl by se následně odrazit a poškodit startující raketu, ať už teplem samotným či odraženými zvukovými vlnami.

Aby se zabránilo případnému poškození rakety či startovní rampy, nejsou rakety už dávno odpalovány přímo z rovné země, ale startovní komplexy pro rakety jsou speciálně budovány. Každá země s kosmickým programem se tento problém rozhodla řešit jinak. Řešení, které si zvolila NASA, si ukážeme na příkladu rampy LC-39A v Kennedyho vesmírném středisku, kterou má od roku 2014 pronajatou SpaceX.

Pod raketou je umístěn šikmý deflektor (rozrážeč), který proudící spaliny odkloní do stran, a zamezí tak jejich odražení směrem zpět ke startující raketě. Deflektor výšku 13 metrů, šířku 15 metrů a hmotnost 317 tun. Následující video, na kterém je nám rampa LC-39A představena, pochází z roku 2011, kdy z ní startovaly ještě americké raketoplány.

Naproti tomu Rusové si od počátku zvolili jiný přístup, který je poměrně jednoduchý, ale velmi účinný. Vykopali obří příkop – v případě rampy 1/5 se uvádí, že bylo odstraněno 750 tisíc kubických metrů zeminy – a na jeho okraji umístili startovní stůl. Při zážehu motorů rakety je pak proud spalin úplně odkloněn do volného prostoru. Dno příkopu je vybetonováno a nejvíce namáhaná místa jsou kryta ocelovými deskami.

Start rakety Sojuz MS-09 z Bajkonuru

Start rakety Sojuz MS-09 z Bajkonuru

Při startu raket však nejde jen o samotný proud horkých spalin, ale i o zvukovou energii, která při startu raket vzniká. Tato energie je značná a pokud by nebyla při startu utlumena, mohlo by dojít k jejímu odrazu a poškození rampy samotné, nosiče či kabiny s posádkou. Při zážehu motorů rakety Saturn V překračovala hladina intenzity zvuku hodnotu 200 decibelů.

Již tehdy bylo nutno utlumit zvukové vlny vznikající při činnosti motorů, jinak by následkem odrazu zvukových vln mohlo dojít ke zničení motorů F-1. Aby tomuto nebezpečí bylo zabráněno, byly startovní rampy, mobilní plošina, deflektor spalin i přístupová ramena pro obsluhu zaplavovány vodou, která přívodními potrubími proudila rychlostí 170 000 l/min. Zvukové vlny vzniklé zážehem motoru se při střetu s molekulami vody rozkmitají, je zahřívají, což snižuje jejich energii.

Vodní trysky pod raketou Saturn V

Vodní trysky pod raketou Saturn V

Schéma deflektoru

Schéma deflektoru

O několik let později začala NASA vyvíjet raketoplán, který používal pomocné urychlovací boostery na tuhé pohonné látky a kadence startů tohoto stroje měla být výrazně vyšší než v případě Saturnu V. NASA se proto rozhodla upravit své startovní rampy tak, aby umožnily lépe tlumit akustické vlny vznikající při startu.

Pro tento účel postavila nedaleko startovní rampy vodojem o výšce 88 metrů, ve kterém je připraveno celkem 1 135 tun vody. Několik sekund před startem je pak tato voda vypouštěna na startovní rampu rychlostí přibližně 57 000 l/s neboli 3,4 milionů litrů za minutu.

Test zaplavení rampy LC-39A z roku 1979

Test zaplavení rampy LC-39A z roku 1979

Uvádí se, že z celkového množství vody, kterým je během startu pokropena startovní rampa, se celkem 200 tun vypaří, 10 tun se rozloží na atomy a zbytek skončí v okolí rampy. Tímto způsobem se sníží hluk startující rakety z více než 200 dB až na 142 dB.

Co se může stát

Možná jste si při čtení předcházejících odstavců položili otázku, zda je nebezpečí poškození startujícího nosiče či rampy reálné? Pro obě možná poškození existují historické příklady. První z nich pochází již z dubna 1981, kdy poprvé startoval americký raketoplán Columbia v rámci mise STS-1.

Při startu došlo k odražení zvukových vln, které poškodily tepelnou ochranu raketoplánu.

Odpadlo celkem 16 dlaždic a dalších 148 bylo poškozeno. To však nebylo zdaleka všechno, zvukové vlny také při startu pohnuly horizontálním stabilizátorem („body flap“), který se nachází na spodní části raketoplánu pod hlavními motory RS-25 a slouží k řízení raketoplánu při jeho přistávání. Stabilizátor se pohnul takovým způsobem, že nebýt předimenzování jeho konstrukce, došlo by v něm k poškození hydrauliky a raketoplán by téměř nebylo možno při návratu řídit.

Velitel této první mise raketoplánu John Young později uvedl, že kdyby o tomto poškození během vzletu věděli, vyletěli by pouze do bezpečné výšky a katapultovali se. Učinili by tak i s vědomím toho, že na raketoplánu by stále pracovaly pomocné urychlovací boostery na tuhá paliva. Samozřejmě by touto katapultáží došlo i ke ztrátě raketoplánu Columbia.

Po přistání bylo nutno celý systém zaplavení rampy upravit, aby k tomuto poškození již nikdy nemohlo dojít. Přesto i poté docházelo po startech raketoplánu k poškození, i když hlavně byla zasažena startovní rampa jako kupříkladu po startu mise STS-124. Tehdy rampa utrpěla největší poškození ze všech startů, odletělo z ní 5 300 cihel, které zasáhly i oplocení startovní rampy.

Historie kosmonautiky zná i jiné případy poškození startovní rampy. Stalo se tak při prvním startu superrakety Eněrgija v květnu roku 1987, při kterém měla být vynesena maketa vojenské stanice Poljus.

Sověti se sice u většiny svých raket obešli bez zaplavování vodou, v případě rakety Eněrgija však vodní systém vybudovali. Ten ale přibližně minutu před startem selhal. Protože se však již předem vědělo, že nosná raketa přečká tento výpadek bez úhony, obsahovala startovní sekvence příkaz nepřerušit v takovémto případě start.

Raketa tedy v pořádku odstartovala a vynesla náklad na doručovací dráhu. Problém měla ovšem startovní rampa, která byla poškozena (strana 282). Bližší detaily o charakteru poškození se mi již nepodařilo dohledat.

Známka vydaná k příležitosti startu raketoplánu Buran s raketou Eněrgija

Známka vydaná k příležitosti startu raketoplánu Buran s raketou Eněrgija

Vylepšení po výbuchu

A jakým způsobem chrání své startovní rampy a rakety SpaceX? Když firma v roce 2010 začala vypouštět Falcony 9, neměla nejmenší důvod jakkoliv měnit zavedený způsob ochrany startovní rampy. Od začátku své činnosti totiž vždy počítala s vysokou kadencí startů svých raket a aby zamezila jakémukoliv poškození rampy či rakety, nemá v podstatě jinou možnost.

Na každé ze svých tří startovních ramp tento systém ochrany používá. Jako první začaly Falcony 9 startovat z rampy SLC-40. Jako druhá se poté přidala v roce 2013 startovní rampa SLC-4E na Vandenbergově letecké základně v Kalifornii. Činnost vodního systému můžete vidět na následujícím videu, které bylo pořízeno během startu mise Iridium-8.

Rampa SLC-40 byla zničena při explozi Falconu 9 před misí Amos-6 v roce 2016 a v rámci následné rekonstrukce byla rampa kompletně přepracována. Jednou ze změn, které SpaceX na rampě SLC-40 provedlo, bylo vylepšení šachty pro odvod spalin, která nyní disponuje značně posíleným vodním systémem a také speciálním typem odolného betonu. To firmě umožnilo provádění delších statických zážehů.

Když SpaceX v roce 2016 po nehodě Amos-6 zůstalo na Floridě bez funkční startovní rampy, bylo nutno urychlit dokončení úprav pronajaté rampy LC-39A v Kennedyho vesmírném středisku. Součástí úprav byla i rekonstrukce systému zaplavení rampy vodou. Několik dní před startem mise CRS-10 pak proběhl i test funkčnosti tohoto systému, který můžete vidět na videu níže. U startů Falconů z LC-39A se může z živého přenosu zdát, že voda se začne chrlit moc pozdě, když už se raketa odlepuje od rampy, ale jedná se o záměr, nikoli chybu. U každé z firemních startovních ramp nabíhá vodní systém v trochu jiný okamžik, který je dán samotnou konstrukcí startovní rampy a jejího zařízení.

SpaceX navíc připravuje další dvě startovní rampy, ale obě už budou sloužit k vypouštění vyvíjené rakety Super Heavy / Starship. První rampa z nich má vzniknout v komplexu LC-39A na Floridě, necelých 200 metrů od stávající rampy pro rakety Falcon.

Startovní stůl bude umístěn ve výšce 30 metrů a pod ním bude umístěný deflektor, který odkloní proud spalin do šachty o rozměrech 20 x 20 metrů. Deflektor má být stejně jako na rampě SLC-40 tvořen kovovými trubkami chlazenými vodou.

Stavba této rampy pro Starship se rozjela v roce 2019 a vidět byl i rozpracovaný deflektor, ale po pár měsících byly práce přerušeny a momentálně to nevypadá, že by měly v dohledné době pokračovat. SpaceX soustředí všechny aktivity kolem Starship do Boca Chica v Texasu.

Deflektor spalin pro budovanou startovní rampu pro Starship v komplexu LC-39A v...

Deflektor spalin pro budovanou startovní rampu pro Starship v komplexu LC-39A v lednu 2020

Původně se předpokládalo, že rampa pro Starship v Boca Chica bude vypadat stejně jako ta na LC-39A, ale situace se vyvinula jinak. V areálu v jižním Texasu letos vyrostlo šest velkých kulatých nohou, na kterých bude umístěn startovní stůl pro orbitální starty Starship / Super Heavy. Dle Elona Muska rampa pod sebou nebude mít žádný deflektor spalin, ale sám dodává, že se to může ukázat jako chyba.

Oficiální render z roku 2019 ukazuje původně plánovaný vzhled rampy v Boca Chica

Oficiální render z roku 2019 ukazuje původně plánovaný vzhled rampy v Boca Chica

Při startu Super Heavy se zažehne až 28 motorů Raptor najednou, je tedy těžko věřit, že by se rampa obešla bez deflektoru. Ostatně nedávná anomálie během zážehu prototypu Starship SN8 byla způsobena roztříštěním tepelné ochranné vrstvy pod testovacím stolem, a to šlo o zážeh jen dvou motorů. Jak přesně bude startovní rampa v Boca Chica nakonec vypadat, nám snad ukáže blízká budoucnost.

Článek vznikl pro server ElonX.cz, před vydáním byl redakčně upraven. Originál naleznete zde.

Autor:

Největší veletrh spotřební elektroniky CES, který se tradičně koná v Las Vegas, proběhne letos zcela online v termínu 11.-14. 1.

  • Nejčtenější

Kdo je tu kapitán? Výměna rolí v kokpitu vedla k tragickému konci

Vymyšlené příběhy z vojny obvykle nikoho život nestojí. Ale před třiceti lety na letišti přispěly ke smrti několika...

Sovětské tanky rozbíjely naše silnice, vznikla proto tanková cesta

Pohyb „bratrské“ vojenské techniky po československých komunikacích způsoboval trvalé obtíže a finanční škody. Problém...

Tři cestující přišli o hlavu. Nehoda, která dopadla lépe, než mohla

Před 30 lety došlo v Detroitu k nevšední události. Byla to nehoda, do které se zapletly dva stroje jedné letecké...

Dakota všem vytřela zrak. A s turbovrtulovými motory dvakrát

Žádný jiný typ letadla se délkou aktivní služby nemůže vyrovnat slavné americké Dakotě, jejíž historie se začala psát...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Zablokovat Trumpa bylo správné, ale je to naše selhání, říká šéf Twitteru

Sociální síť Twitter trvale zablokovala americkému prezidentovi Donaldu Trumpovi účet. Jako důvod uvedla porušování...

TEST olejů: nejhorší je kokosový, zdravější je i sádlo

Premium Na smažení a fritování, do salátů, omáček i dresinků... Do velkého srovnání olejů a tuků jsme vybrali dvacet výrobků....

Život s Ester. Není úplně málo komplikovaná, přiznává trenér Bank

Premium Je to už pět let, co od svého bratra Ondřeje přesedlal jako trenér k Ester Ledecké. Dovedl ji k olympijskému zlatu v...

Expremiér Sobotka se vrátil do pražských Stodůlek. Pořídil si byt v paneláku

Premium Expremiér Bohuslav Sobotka se v tichosti vrátil z Moravy, kam se uchýlil po odchodu z politiky, do Prahy. Jak zjistila...

  • Další z rubriky

Jiskra i rozžhavený drát. Jak se při startu zapaluje raketový motor

I nosné rakety se musí nějak nastartovat. V kosmonautice se používá hned několik metod, všechny mají své výhody i...

Naše rakety bude při návratu zachycovat rameno, řekl Musk. Jak to myslí?

Zakladatel společnosti SpaceX Elon Musk překvapil prohlášením, že mohutnou raketu Super Heavy by měla při návratu na...

Vědci zkoumají vzorky mimozemského objektu, dopravila je japonská sonda

Úspěšnost mise japonské sondy Hajabusa 2 byla potvrzena tento týden, když vědci opravdu objevili v návratové kapsli...

Čína ohlásila další vesmírný úspěch. Do kosmu se dostala její nová raketa

Může to vypadat, že si chce Čína ve svém kosmickém programu na poslední chvíli před koncem roku odškrtnout co nejvíce...

Akční letáky
Akční letáky

Všechny akční letáky na jednom místě!

WhatsApp si znepřátelil uživatele. Hromadně přecházejí na jiné platformy

Začátkem února vstoupí v platnost nové podmínky oblíbené chatovací aplikace WhatsApp, které umožní sdílet řadu nových...

Vágner ulovil Nechranického krokodýla. Bájná štika vzdorovala několik dní

Jakub Vágner procestoval svět v honbě za gigantickými a vzácnými rybami. V minisérii České televize pátrá po legendách...

Evropě hrozil masivní blackout. Rakušané narychlo zapojili jádro i uhlí

Kvůli silnému poklesu frekvence v elektrické přenosové soustavě hrozil v pátek Evropě masivní výpadek dodávek...

Dopisy od Němcové jeho žena spálila, říká potomkyně spisovatelčina milence

Irena Maňáková promluvila o vztahu svého předka Václava Bolemíra Nebeského s Boženou Němcovou. Básník byl jedním z...

Zemřel zpěvák a kytarista David Stypka. Bylo mu 41 let

Ve věku 41 let zemřel zpěvák a kytarista David Stypka, který dlouhodobě bojoval s rakovinou slinivky. V roce 2017...