Ve čtvrtek 6. 6. 2024 ve 14:00 SELČ se otevřelo dvouhodinové startovací okno, během něhož se ze startovací rampy vydala ve 14:50 na test do kosmického prostoru vesmírná loď Starship S29 připojená k nosiči Super Heavy B11.
Let trval přes hodinu a v podstatě dopadl podle plánů. Nejdříve byl zvládnutý první velký úkol, když první stupeň přistál na hladinu Mexického zálivu. Během letu na mnoho minut vypadl přenos z vnějších kamer, ale podle Elona Muska 11 vnitřních vysílalo bez problémů. Před pokusem o přistání lodi Starship sice došlo k některým problémům, ale na telemetrii bylo vidět, že stroj zpomalil a pomalu se pokusil otočit, aby simuloval přistání. Elon Musk později uvedl, že Starship měkce přistála do oceánu. SpaceX tak z tohoto pokusu může získat velice důležitá data, neboť předchozí pokus skončil rozpadem lodi již při návratu do atmosféry.
Malá rekapitulace
Premiérový Starship v kompletní sestavě (tedy první stupeň Booster a druhý Ship) startoval k letu IFT-1 (Integrated Flight Test) 20. dubna 2023. Nikdo nepočítal s úspěchem a také Elon Musk uváděl, že bude rád, když mu raketa nezničí rampu. Což vyšlo: rampa byla jen těžce poškozena. Starship odstartoval 20. dubna 2023 bez tří pracujících motorů (což bylo nezbytně nutné minimum), v průběhu letu pak vypadávaly vinou požáru v motorové sekci další a stroj se stal neovladatelným.
Proto byl aktivován autodestrukční systém, který však raketu nedokázal zničit. V letu, byť neřízeném, tak pokračovala dál. V čase 2 min 49 s po startu mělo dojít k vypnutí motorů, ale to se nestalo: díky výpadku mnoha pohonných jednotek měla ještě dost zásob a řídicí počítač se pokoušel nedostatečný tah kompenzovat. Byla to ovšem marná snaha, protože už od času 1 min 25 s nebylo možné raketu ovládat. V čase 3 min 20 s došlo ve výšce 39 km k aktivaci autodestrukčního systému. Ale až o čtyřicet sekund později se nosič ve výšce 29 km vlivem působení dynamických sil rozpadl.
20. dubna 2023 |
Čím dál lépe a výše
Před druhým startem IFT-2 provedla SpaceX na raketě a startovací rampě přes tisíc změn. Největší z nich byla instalace vodního záplavového systému na rampu, aby tato nebyla poškozována a aby úlomky rampy neohrožovaly okolí. Při premiéře Starshipu létaly až do vzdálenosti 10 km.
Druhou výraznou změnou bylo doplnění rakety o speciální prstenec mezi první a druhý stupeň (hot-staging ring), který dovoluje zážeh motorů druhého stupně ještě v době činnosti prvního. Což usnadňuje jak zapálení motorů, tak zvyšuje nosnost rakety. Při druhém testu Starshipu se podařilo (18. listopadu 2023) oddělit první stupeň, jemuž tentokrát pracovalo všech 33 motorů. Při pokusu o jejich restart, ale jeden z motorů explodoval a autodestrukční systém následně ukončil let prvního stupně. Druhý stupeň téměř dosáhl plánované dráhy, ale krátce před tím začal vypouštět přebytečný kapalný kyslík, kterého s sebou nesl desítky tun jako balast namísto nákladu. Vypouštění kyslíku ovšem způsobilo požár v motorové sekci, proto i tentokrát přišel ke slovu autodestrukční systém.
18. listopadu 2023 |
Třetí start IFT-3 (14. března 2024) byl ještě úspěšnější: první stupeň se pokusil o přistávací manévr a explodoval až v jeho průběhu. Druhý stupeň dosáhl dráhy (byť namísto transatmosférické jen na suborbitální) a po necelém obletu Země vstoupil do atmosféry. Nedržel však stabilitu (důvodem bylo ucpání filtru v systému trysek pro řízení polohy), rotoval a přibližně ve výšce 65 km při největším tepelném namáhání se rozpadl. Pro úplnost: před tím dosáhl výšky 234 km. Kdekdo lomil rukama, že šlo opět o neúspěch, ale... Cestou „nahoru“ byla Starship úspěšná, u obou stupňů se nepodařilo jen přistání. Pokud je pravda, že výrobní cena Starshipu je dnes 90 mil. dolarů, tak SpaceX při třetím startu získala superraketu takříkajíc „za hubičku“.
14. března 2024 |
Nyní ve čtvrtek tedy z rampy základny Starbase vyrazila čtvrtá integrovaná sestava.
S atomovým motorem
Než se však podíváme na cíle aktuálního letu, nejdříve malý exkurz do historie. Aneb kde se raketa Starship vzala? Už v roce 2001 začal Elon Musk spřádat své plány na kolonizaci Marsu. Podotýkáme, že SpaceX založil až 14. března 2002. V té době měl v hlavě plán opravdu velké rakety. Či spíše flotily raket. Kdy přesně se zrodil její koncept, nevíme. Stejně tak netušíme, jak měla vypadat. Poprvé o ní veřejně promluvil v listopadu 2005. Tedy ještě před startem první rakety Falcon 1 společnosti SpaceX (25. března 2006). Tehdy jej pochopitelně nikdo nebral příliš vážně.
V roce 2010 je veřejnosti představený koncept raket Falcon X, Falcon X Heavy a Falcon XX. Mělo jít o výrazně zvětšený Falcon 9, který si právě v tomto roce odbyl premiéru. Falcon X měl mít průměr 6 m (Falcon 9 jen 3,6 m), v prvním stupni pak tři motory Merlin 2 a ve druhém jeden Raptor. Nosnost měla být až 38 t nákladu. Ani motor Merlin 2, ani motor Raptor nebyly nikdy vyvinuty. Pokud si teď klepete na čelo, neb Starship létá s motory Raptor, pak vězte, že Elon Musk pouze recykloval toto jméno: původní raptory pro Falcon X měly spalovat kapalný kyslík a vodík. SpaceX se do této kombinace pohonných látek však nakonec nepustila.
Falcon X Heavy měl mít, jak název napovídá, tři spřažené první stupně a nosnost 125 t. Raketa Falcon XX měla mít průměr 10 m, v prvním stupni šest motorů Merlin 2 a ve druhém – jaderný motor. Tedy motor, který pracuje nikoliv na chemickém principu (spalování pohonných látek), ale na principu fyzikálním (ohřevu pracovní látky). K ohřevu přitom dochází v aktivní zóně jaderného reaktoru. Motor má celou řadu nevýhod, např. pracovní látka je po vypuštění tryskou radioaktivní či dochází k silnému opotřebovávání některých částí. Na druhé straně je nesmírně výkonný, což v případě Falconu XX mělo znamenat nosnost 140 t nákladu.
V roce 2012 hovoří Elon Musk o raketě MCT (Mars Colonial Transporter) s kapacitou 100 t nákladu. Nikdy nezveřejnil žádnou ilustraci, ale víme, že ji měly tvořit tři stupně vedle sebe – každý s devíti motory Raptor. Pozor, ty už měly být na kapalný kyslík a metan. Tedy takové, jak je známe dnes.
Bez tepelné ochrany
V roce 2016 přichází na scénu systém ITS (Interplanetary Transport System). Má ho tvořit univerzální první stupeň (použitelný až tisíckrát) Interplanetary Booster. Druhý stupeň rakety má vzniknout ve dvou verzích: buď pro zásobování pohonnými látkami (stonásobně použitelná) loď Tanker nebo meziplanetární dopravní plavidlo (možnost dvanácti přeletů mezi Zemí a Marsem) Interplanetary Spaceship.
Při startu má mít ITS hmotnost 10500 t, výšku 122 m a tah 128 MN, který má generovat 42 motorů Raptor. Nosnost nákladu má být 300 t při opakovaném použití obou stupňů, nebo 550 t při použití jednorázových variant. Elon Musk chce systém postavit na čtyřech pilířích. Prvním je plná znovupoužitelnost celého systému, druhým schopnost tankování na oběžné dráze, třetím volba správných pohonných látek a čtvrtým výroba pohonných látek na Marsu. Pohonnými látkami mají být kapalný kyslík a metan, které se dají právě vyrobit na Marsu. V roce 2017 SpaceX raketu výrazně zmenšuje a označuje ji jako BFR. Nově má výšku jen 106 m, průměr 9 m, vzletovou hmotnost 4400 t a nosnost 150 t nákladu při plné vícenásobné použitelnosti obou stupňů. Pokud by se opakovaně nepoužívaly, mohla by být kapacita dvojnásobná.
SpaceX počítá u ITS i BFR s použitím kompozitních nádrží z uhlíkových vláken, ale záhy je opouští. V prosinci 2018 představuje projekt obří rakety vyrobené z nerezové oceli. Důvodem je nižší cena, snazší výroba, lepší vlastnosti při uložení kryogenních látek a schopnost odolávat vyšším teplotám. To je důležité, protože konstruktéři SpaceX přicházejí s odvážným řešením: zvládnout průlet atmosférou bez tepelného štítu.
Ocel totiž vydrží 815 až 870 stupňů Celsia, kdežto hliník nebo uhlíkové kompozity něco mezi 150 až 200 stupni Celsia (uhlíková vlákna se sice netaví, ale dochází k poškozování spojovací pryskyřice). Na méně namáhané straně stroje nemá teplota překročit 400 stupňů Celsia, na namáhanější ale o 300 až 400 stupňů překoná bod tání oceli. SpaceX chce na namáhané straně stupně použít aktivní chlazení. Tzn. že plášť bude tvořit dvouvrstvá ocel, přičemž mezi oběma vrstvami bude proudit kapalný kyslík, který by se nespočetnými tisícovkami drobných dírek dostával na plášť a zajišťoval by, že teplota nepřekročí hranici 800 stupňů Celsia. Právě proto loď vůbec nepotřebuje tepelný štít, což má snížit hmotnost a urychlit vývoj.
Továrna Starfactory zahalená v ranní mlze
Jenže to tak jednoduché není a počátkem roku 2019 program potkávají dvě zásadní změny. Systém je překřtěný na Starship a horní stupeň dostává tepelný štít z keramických destiček. Šlo o podobný systém, jaký měly kosmické raketoplány Space Shuttle, ale... Zatímco NASA se chlubila, že z 32 až 39 tisíc destiček na raketoplánech (nejméně měl nejnovější Endeavour, nejvíce nejstarší Columbia) je každá jiná, SpaceX sází na jednoduchost. Druhý stupeň má 18 tisíc destiček, většina je přitom standardizovaných šestiúhelníkových. Dramaticky klesají náklady na výrobu, logistiku, opravy...
Raketa, která se chystá růst
Starship tvoří dva stupně. První (Booster) má výšku 71 m, průměr 9 m, 33 motorů Raptor, prázdnou hmotnost cca 200 t a může pojmout až 3300 t pohonných látek (kapalný kyslík a metan). Druhý stupeň (Ship) má výšku 50 m, průměr opět 9 m, prázdnou hmotnost cca 200 t (s cílem snížit ji na 120 t), šest motorů Raptor (tři standardní, tři s prodlouženou tryskou optimalizovanou pro práci ve vakuu) a nádrže na 1200 t pohonných látek (stejné jako ve stupni prvním). Oba dva stupně mají na startu výšku 121 m a hmotnost 5000 t.
Elon Musk však v dubnu oznámil, že nejde o konečnou podobu Starshipu. Výše uvedené jsou parametry pro Verzi 1, která létá dnes. Na ni má navázat Verze 2 (první díly už byly na Starbase spatřeny, byť není jasné, zda jde o letové nebo testovací). Booster druhé generace má povyrůst na 72,3 m, Ship na 52,1 m. Celá sestava tak dosáhne výšky 124,4 m. Množství paliva v prvním stupni naroste na 3650 t, ve druhém na 1500 t. K dalším změnám patří zvětšení příhradové konstrukce mezi prvním a druhým stupněm a změna umístění roštových kormidel.
A pak přijde Verze 3, údajně poslední (byť u Muska člověk nikdy neví). Booster dosáhne výšky 80,2 m, Ship 69,8 m. Společně tak budou mít úctyhodných 150 m. První stupeň natankuje 4050 t pohonných látek, druhý 2300 t. Druhý stupeň už nebude mít šest motorů Raptor, ale ponese jich devět (šest optimalizovaných pro práci ve vakuu). Růst má i tah: zatímco u stávající Verze 1 je na startu 74,4 MN, u druhé bude 86 MN a u „trojky“ 104,3 MN.
Achillovou patou systému je tepelný štít
Nyní vyrazila čtvrtá integrovaná sestava skládající se z prvního stupně B11 a druhého S29. Nezbytnou podmínkou startu bylo vydání licence od Federálního leteckého úřadu (FAA, Federal Aviation Administration), která má v případě „neplánované trvalé ztráty stroje“ povinnost provést vyšetřování.
Zkušební zážeh motorů Raptor druhého stupně B29
Pro SpaceX je přitom „neplánovaná ztráta stroje“ modus operandi: firma chce co nejčastěji létat, získávat data a zkušenosti, poučit se z chyb, opravit je a co nejdříve jít na start znovu. S podobným přístupem ale stávající předpisy nepočítají, a tak se licence musí vydat na celou misi od startu až do přistání, i když hlavně u prvních misí bylo prakticky jisté, že takto to nepůjde. Předpisy však nedovolují jiný postup.
Pro získání licence jsou dvě možnosti, jak uzavřít minulou mimořádnou událost a povolit další start. První (Path One) je, že FAA akceptuje vyšetřovací zprávu SpaceX. To se stalo po prvním a druhém letu (tedy před druhým a třetím). Druhou (Path Two) je, že FAA vyhodnotí dopad minulé události bezpečnost veřejnosti. Jinými slovy: nedošlo u předchozího letu k selhání kritických systémů majících vliv právě na bezpečnost? Pokud nedojde k selhání kritických systémů (došlo k němu třeba u prvního startu, kdy správně nepracoval autodestrukční systém), další start je možný bez dokončení vyšetřování.
A právě pro cestu Path Two se SpaceX v případě čtvrtého startu integrované sestavy rozhodla. V případě, že nedojde k selhání kritických systémů (ovladatelnost nosiče apod.), je takto vydání licence mnohem rychlejší. Už na konci května bylo konstatováno, že FAA dospěla k názoru, že u anomálie, ke které došlo během startu Starshipu OFT-3 dne 14. března 2024, se nevyskytly žádné problémy, které by měly vliv na veřejnou bezpečnost.
Elon Musk pro let IFT-4 stanovil jako kritérium úspěchu mise, že „hlavním cílem je projít skrze největší tepelné namáhání“. Jinými slovy: druhý stupeň S29 by měl přečkat největší tepelné namáhání. K němu dochází v páté minutě z dvanáctiminutového průletu atmosférou. Pokud při současné misi vstup do atmosféry začíná cca v čase 47,5 min po startu (může se mírně lišit v závislosti na dosažené dráze), tak by loď měla fungovat ještě v čase 53 minut po startu, aby bylo možné let – podle Musových kritérií – považovat za úspěšný.
Ostatně, mise by měla být především testem tepelné ochrany lodi. Ta je totiž slabinou celého systému a Elon Musk si toho byl vědom už dříve, kdy uvedl: „Předpokládám, že zničíme hodně starshipů během pokusů o přistání.“
Kolik raket Starship letos Elon Musk zničí? SpaceX jde na třetí zkoušku |
Jak Musk konstatoval na síti X 30. května: „Se strojem toho musíme vyřešit ještě mnoho, přičemž největším zbývajícím probléme je výroba opakovaně použitelného orbitálního tepelného štítu pro návrat.“ A ve stejný den dodal: „Pokud neuděláme tepelný štít relativně těžký, jako je tomu u naší lodi Dragon, kde je spolehlivost prvořadá, objevíme slabiny pouze létáním. Aktuálně však nejsme na většině míst odolní vůči ztrátě jediné destičky, protože sekundární materiál pláště lodi pravděpodobně nepřežije. ... Toto je skutečně ožehavý problém i vzhledem k tomu, že na jeho vyřešení byly použity obrovské zdroje, ale zatím bezvýsledně.“
@awoooouwuooooo @danpiemont This is a matter of execution, rather than ideas. Unless we make the heat shield relatively heavy, as is the case with our Dragon capsule, where reliability is paramount, we will only discover the weak points by flying.
Right now, we are not resilient to loss of a single tile… https://t.co/smCDS5NudB
Připomeňme si, že už jednou si SpaceX na snaze opakovaně používat druhý stupeň „vylámala zuby“. A to u rakety Falcon 9, kdy nakonec negativa výrazně převýšila možný přínos. Přejme si, aby tomu u rakety Starship bylo jinak.
Jaký byl plánovaný průběh letu IFT-4 (Integrated Flight Test):-00:00:10 – Aktivace vodního záplavového systému na rampě -00:00:03 – Začátek zážehové sekvence motorů 00:00:00 – Všechny motory běží (SpaceX hovoří o okamžiku „Vzrušení zaručeno“) 00:00:02 – START 00:01:02 – Max Q (moment největšího dynamického namáhání rakety) 00:02:41 – Vypnutí většiny motorů prvního stupně (zůstávají běžet jen tři středové) 00:02:45 – Hot-staging, zážeh motorů druhého stupně a jeho odpojení v době činnosti motorů prvního 00:02:49 – Začátek zážehu motorů na prvním stupni, který má eliminovat dopřednou rychlost a vrátit jej k pobřeží Texasu (boostback) 00:03:52 – Konec zpětného zážehu (boostback) prvního stupně 00:03:54 – Oddělení příhradové konstrukce mezi prvním a druhým stupněm, která zůstala na prvním (při předchozích letech se neodhazovala) 00:06:39 – První stupeň má podzvukovou rychlost 00:06:43 – Začátek přistávacího zážehu prvního stupně 00:07:04 – Konec přistávacího zážehu prvního stupně (přistání na hladinu Mexického zálivu) 00:08:23 – Vypnutí motorů druhého stupně, navedení na suborbitální dráhu 00:47:25 – Začátek vstupu druhého stupně do atmosféry 01:03:11 – Stupeň má transsonickou rychlost 01:04:01 – Stupeň má podzvukovou rychlost 01:05:38 – Přetočení lodi z klouzavého letu do vertikální polohy před přistáním 01:05:43 – Zážeh motorů, přistávací manévr 01:05:48 – Dechberoucí přistání! Časové údaje ve formátu HH:MM:SS |
