Můžeme se na to taky podívat jinak: zatímco do vývoje rakety Falcon 9, z níž vlastně Falcon Heavy vychází, stál SpaceX 300 mil. dolarů. „Jednodušší“ (jak si všichni původně mysleli) Falcon Heavy ovšem 500 mil. dolarů. Jeho základ přitom na první pohled připomíná spřaženou trojici prvních stupňů „devítek“.
Podotýkáme, že vývoj obou nosičů zaplatili investoři SpaceX z vlastní kapsy, nešlo tedy o záměrné navyšování nákladů. I NASA připustila, že kdyby vyvíjela Falcon 9 ve vlastní režii a vlastními manažerskými metodami, přišel by americké daňové poplatníky na dvě až čtyři miliardy dolarů.
O náročnosti vývoje svědčí i to, že Falcon Heavy měl původně letět v roce 2013. Pak 2014. Pak 2015, 16, 17… Nakonec startoval v únoru 2018. Není se čemu divit, že s raketou už docházela ve SpaceX trpělivost.
Ale hezky popořádku.
Zrod velkého projektu
Kořeny Falconu Heavy můžeme vystopovat až do roku 2003, kdy SpaceX začala interně řešit možnost vytvoření silnější rakety z tehdy vyvíjeného Falconu 1 paralelním spojením prvních tří stupňů. Připomínáme, že Falcon 1 letět poprvé v roce 2006, úspěšně až o dva roky později a celkově si připsal jen pět startů (z toho tři havárie), než ho SpaceX opustila.
V roce 2005 se začala, stále ještě interně, řešit raketa Falcon 9 Heavy se zvažovanou nosností 25 t. Ta měla vzniknout spojením tří prvních stupňů tehdy vyvíjeného Falconu 9. Podotýkáme, že podobné uspořádání není vynálezem SpaceX. Vždyť ho využívala už první kosmická raketa světa R-7: měla čtyři identické bloky připojené ke středovému stupni, který s nimi navíc sdílel mnoho společných prvků. I kdybychom hledali předchůdce Falconu Heavy mezi raketami s trojicí spřažených stupňů, tak první byl nerealizovaný návrh Atlasu V Heavy a realizovaný návrh Delty IV Heavy (první start v prosinci 2004) z roku 1998.
V dubnu 2011 SpaceX představuje plány Falconu Heavy (devítka z názvu zmizela) veřejnosti. Raketa má být schopná nést až 53 t nákladu. Tedy více než dvakrát tolik, kolik v původních představách konstruktérů. Důvodem bylo, že Falcon 9 (ač měl za sebou jen dva starty) za poslední roky prošel proměnou a výrazně se zlepšily jeho očekávané výkony. Aktuálně firma dokonce uvádí nosnost 63,8 t.
Premiérový start byl slibován do dvou let. I to svědčí o poněkud naivních představách týkajících se realizace celého projektu.
V červnu 2011 začala být pro Falcon Heavy připravována rampa SLC-4E na kosmodromu Vandenberg (Kalifornie). A v květnu 2012 získává raketa první kontrakt na vynesení družice Intelsat 35e. Ta nakonec letí na klasickém Falconu 9 v červenci 2017. Nosnost „devítky“ se daří zvyšovat více, než se očekávalo, takže se pro operátora jeví ekonomicky výhodnější přejít na levnější raketu. A opouští nosič, který na svoji premiéru teprve čeká.
Ať jsme úplní: plány SpaceX z roku 2011 počítaly s ještě větší raketou Falcon X a Falcon X Heavy. Falcon X měl mít průměr 6 m (Falcon 9 jen 3,6 m) a kapacitu 38 t nákladu. První stupeň měl nést tři motory Merlin 2, druhý jeden Raptor. Nikoliv ale Raptor na kapalný kyslík a metan, jak jej známe z dnešních raket Starship, ale Raptor na kapalný kyslík a vodík. SpaceX s touto kombinací pohonných látek svého času koketovala. Raketa Falcon X Heavy vzniklá spojením tří prvních stupňů pak měla mít nosnost úctyhodných 125 t nákladu.
Je to tak jednoduché. Nebo ne?
Co vlastně bylo „mnohem těžší, než jsme si dokázali představit“? Raketa se třemi spřaženými stupni pracujícími společně má – ve srovnání se stupněm samostatným – odlišnou aerodynamiku, strukturální zatížení, jinak vypadají a odlišně probíhají vrcholy dynamického namáhání, změněná je i oblast přechodu z podzvukové na nadzvukovou rychlost. A v neposlední řadě je tu souběžný zážeh 27 motorů Merlin 1D na prvním stupni, což představuje komplexnější soubor vibrací a akustických podmínek při startu.
Právě zážeh a let pod téměř třemi desítkami motorů byl skutečnou výzvou. Zatímco u Falconu 9 se všechny motory zažehnou najednou, u Falconu Heavy jsou zapalovány ve skupinách. Prostým okem to nepostřehneme, neb rozestupy v zážehu jsou v řádu stovek milisekund.
Před Falconem Heavy měl více motorů jen jeden nosič (dnes ho překonala jiná Muskova raketa, Starship, se 33 motory na prvním stupni): sovětská superraketa N-1 určená k realizaci pilotovaných misí na Měsíc. V letech 1969 až 72 startovala čtyřikrát, všechny lety skončily havárií ještě v průběhu činnosti prvního stupně. N-1 měla třicet kusů motorů NK-15 (Nikolaj Kuzněcov), každý měl tah 1,51 MN; celkem generovala raketa při startu tah 45,3 MN.
Noční start rakety N1
Falcon Heavy má při startu tah 21,1 MN, který za letu zvýší na 22,8 MN. Motory tak při startu nepracují naplno, ale „plyn na podlahu“ je sešlápnutý až za letu po překonání největšího namáhání (Max Q) v 82. sekundě. Cílem je minimalizovat akustické a vibrační zatížení rakety i rampy během vzletu. Na sto procent tahu přitom jedou jen oba boční stupně, středový dále pracuje s tahem nižším. Jednak v tu chvíli už raketa spálila téměř polovinu své hmotnosti a nepotřebuje takový tah, jednak se snižuje přetížení na raketu i na náklad, jednak si středový stupeň šetří pohonné látky na samostatnou práci po odhození obou bočních.
Právě oddělování bočních stupňů způsobilo konstruktérům mnoho vrásek na čele. „Systém oddělování bočních stupňů… I ten je mnohem obtížnější, než to původně vypadalo,“ tvrdil Musk. Mimochodem, během vývoje byl z konceptu Falconu Heavy jako technicky příliš obtížný odstraněný plánovaný systém cross-feeding (volně „vzájemného tankování“). Palivo a okysličovadlo pro motory středového stupně se při něm mělo v první fázi letu čerpat z bočních bloků. Ve chvíli, kdy by byly oba bloky prázdné a odhozené, měl teprve středový stupeň začít spotřebovávat obsah vlastních nádrží. Takže nějaké dvě minuty po startu, v době, kdy se už běžně chystá k vypnutí, měl mít k dispozici veškerou energii, kterou jinak má jen při vzletu.
Také středový stupeň je u Falconu Heavy kapitola sama pro sebe. Nestačilo jen vzít tři identické stupně, ale právě konstrukce středového prošla zcela radikální změnou. „Zatížení přenášené přes tento stupeň je strašné, když ho z obou stran tlačí dvě supersilné rakety,“ vysvětluje Elon Musk. Spíše než o vylepšení by se tak dalo hovořit o zcela novém vývoji. Ostatně, boční bloky mohou s minimálními úpravami létat jako první stupně Falconu 9. Krásně to ilustruje třeba stupeň s výrobním číslem B1052: letěl jako boční blok na druhém a třetím Falconu Heavy, pak pětkrát jako první stupeň Falconu 9 a nakonec opět jako boční na šestém Falconu Heavy (kdy jeho kariéra skončila, protože záměrně nebyl zachraňovaný).
Den D nastal 6. února 2018
Po mnoha a mnoha peripetiích a odkladech byl první Falcon Heavy připravený ke startu v únoru 2018. Nikoliv na kosmodromu Vandenberg, kde se pro něj původně připravovala rampa SLC-4W (a odkud nakonec dosud nestartoval), ale v Kennedyho kosmickém středisku na Floridě, kde SpaceX získala do dlouhodobého pronájmu legendární komplex 39A. Tedy místo, odkud kdysi startovaly rakety Saturn V (mj. všechny pilotované mise na Měsíc), pak většina (82 ze 135 startů) kosmických raketoplánů Space Shuttle.
Je zajímavé, že SpaceX ještě krátce před úvodním startem uvažovala o sešrotování první rakety Falcon Heavy. Díky tomu, že se vývoj nosiče protahoval, na něm byly použité komponenty ze třetí generace raket Falcon 9 (tzv. Block 3). Jenže na dveře už klepala mnohem modernější pátá generace (Block 5) a řešilo se, zdali by nebylo s prvním startem lepší počkat, až bude k dispozici ona. Nakonec rozhodl Elon Musk s tím, že první start sice bude mít omezenou vypovídací hodnotu, ale že už není možné další rok až dva čekat.
Sám byl při očekávání vkládaných do největší rakety své doby opatrný. „Je opravdu hodně velká šance, že první raketa nedosáhne oběžné dráhy. Naše očekávání podle toho musí být nastaveno. Osobně doufám, že se dostaneme dost daleko od startovací rampy, abychom ji nepoškodili. Už to budu považovat za úspěch,“ krotil očekávání, aby je vzápětí zvýšil. „Garantuji, že to bude úchvatné!“
A bylo. Falcon Heavy poprvé odstartoval 6. února 2018.
6. února 2018 |
Na YouTube se dá nalézt video, kde Musk sleduje v řídicím středisku start rakety, rozbíhá se k jeho dveřím, zaměstnanci mu je rychle otevírají a on sleduje let vlastního „raketového dítěte“. Jako by sám nevěřil, že něco podobného může letět. Plný emocí sleduje let a co chvíli něco pronáší. Co, to si můžeme jen domyslet. Jeho slova jsou často ztlumená. Musk má poruchu autistického spektra a pro vulgarismus nejde daleko.
Nejúžasnější věc, jakou Musk viděl
Nebyl přitom sám, kdo v úspěch prvního Falcon Heavy příliš nevěřil. SpaceX opakovaně nabídla NASA při premiérovém letu vynesení jakéhokoliv nákladu zdarma. Kosmická agentura všechny nabídky odmítla z důvodu extrémního rizika uvedené mise. Možnost vynesení čehokoliv gratis dostalo i americké letectvo, ale reagovalo stejně jako NASA. Osloveno bylo i několik dalších zákazníků SpaceX, ovšem nikdo nechtěl do velmi rizikového podniku jít. A tak se Elon Musk rozhodl poslat do vesmíru „nejšílenější věc, jakou si můžeme představit“. Svůj Tesla Roadster v barvě půlnoční třešně.
To, co někteří považovali za bláznivý nápad, v sobě mělo hlubokou logiku. Náklad by dostatečně levný: na rozdíl od případné drahé sondy či družice za minimálně desítky či spíše stovky miliónů dolarů. Na rozdíl od „tuctového satelitu“ přitáhla mise obrovskou pozornost: na YouTube se živé vysílání z letu stalo ve své době historicky druhým nejsledovanějším přímým přenosem. Automobil navíc nebyl určený k pohybu v kosmickém prostředí, mohl tak jen příjemně překvapit. Což ostatně mohl být jeden z důvodů mediálního zájmu, neb diváky zajímalo, zdali se něco nepokazí.
6. února 2018 |
Náklad nepotřeboval žádný speciální hardware (krom modifikovaného adaptéru pro připojení ke druhému stupni a dvou ramen s kamerami). Jeho komunikaci se Zemí zajistil druhý stupeň Falconu Heavy, který měl toliko zvětšené baterie a větší zásobu stlačeného dusíku na zajištění orientace. Stejně nebylo zapotřebí, aby náklad komunikoval kdovíjak dlouho. Takže nebylo nutné řešit problémy se spojením ze vzdálenosti milionů či desítek miliónů kilometrů. Dvanáct hodin po startu se baterie vybily a sestava odmlčela.
Důležité také bylo, že náklad nemusel směřovat na nějakou konkrétní dráhu: SpaceX ověřovala činnost druhého stupně rakety tak, že tento fungoval až do naprostého spotřebování pohonných látek. A jakákoliv dosažená dráha tak vlastně byla správná. A v neposlední řadě: Tesla je dalším projektem z dílny Elona Muska, takže si udělal obrovskou reklamu.
Falcon Heavy každopádně fungoval bezvadně (drobnou kaňkou na kráse bylo, že se nepodařilo pro opakované použití zachránit středový stupeň). Ikonickým se stalo zvláště přistání obou bočních bloků bezprostředně po sobě: „Boční bloky... To bylo epické. To byla možná nejúžasnější věc, jakou jsem kdy viděl,“ nešetřil nadšením Elon Musk. A nezbývá, než s ním souhlasit.
Rok Falconu Heavy
Na start druhého Falconu Heavy jsme si počkali čtrnáct měsíců. Letěl 11. dubna 2019. Jeho náklad tvořila komunikační družice Arabsat 6A. Třetí pak 25. června téhož roku. Šlo o zajímavý let s označením STP-2 (Space Test Program), který nesl 23 menších družic na tři různé oběžné dráhy. Hlavním cílem ale byla certifikace rakety pro vynášení kritických zařízení pro národní bezpečnost USA. Zajímavé bylo, že původně nasmlouvaná cena 165 mil. dolarů za start byla snížena na 160,9 mil. dolarů poté, co Pentagon souhlasil s využitím již jednou letěných bočních bloků.
Následovala více než tříletá pauza ve startech Falconu Heavy. Důvodů bylo několik, především problémy s připraveností nákladů. A také fakt, že se z Falconu 9 podařilo různými konstrukčními a operačními úpravami „vyždímat“ mnohem větší výkon, než se původně očekávalo. A tak některé komerční družice přenesli operátoři na tuto levnější raketu.
Falcon Heavy na vlastní oči (a uši) Tomáše Přibyla Majestátně tam stojí, čeká a jen mlha z odpařovaného kapalného kyslíku napovídá, že se něco chystá. Falcon Heavy je na rampě 39A, odpočítávání běží. Předevčírem jsme měli možnost si raketu prohlédnout ze vzdálenosti několika set kroků a je to skutečný kolos.  Teď se připravuje k letu. A člověk má pocit, že jde o příslovečné ticho před bouří, napětí by se dalo krájet. Startovací okno trvá jednu jedinou sekundu. Když se prošvihne, nikam se dnes neletí. Což by byl průšvih. Alespoň pro nás. Start už se odkládal: měli jsme na něj vyhrazeno sedm dní, toto je ovšem den osmý. Museli jsme přeházet itinerář cesty a něco obětovat. V myšlenkách se vracíme pět dní dozadu, kdy nám byl start Falconu 9 zrušen jen 23 sekund před vzletem. Tentokrát ale jde vše podle plánu. Pět sekund před startem se rozbíhají motory obou bočních bloků, tři sekundy před vzletem i středového stupně. Čas nula, 27 motorů hltá sedm tun pohonných látek za sekundu a Falcon Heavy se vydává k obloze. A za pár sekund ovšem mizí v mracích. Máme ale štěstí: z našeho místa u jižní brány na Cape Canaveral SFS (Space Force Station) je už po několika sekundách letící monstrum opět vidět a do mraků se už neschová. Ti, kdo byli blíže startu, takové štěstí neměli a Falcon Heavy už neviděli. K nám každopádně za chvíli dorazí i hluk z motorů a je to... Je to... Prostě se to nedá popsat: je to zvuk, který cítíte na vlastním těle.  Po několika minutách letu vidíme odpojení bočních bloků a Falcon Heavy pomalu ztrácíme na obloze. Čekáme ale dál, protože oba mají přistát zpět na pevnině. Jen pár kilometrů od nás. Nejprve jeden a pak druhý se na pracujícím motoru řítí k zemi. Opět něco neskutečného! Vzpomínáme si na Muskova slova, když mluvil o návratech svých raket a přirovnal je k pokusu o vybalancování gumového koštěte na špičce prstu v hurikánu. Show ale ještě nekončí. Tečku za ní udělá po několika sekundách dvojice aerodynamických třesků, kterou přistávající stupně vytváří. Než k nám ale zvuk doletí, stojí oba stupně bezpečně na zemi. A to je dobře, ještě je před nimi hromada práce. Třeba následující pátý letošní start Falconu Heavy teď o víkendu. Nebo vypuštění sondy Europa Clipper příští rok v říjnu. PS Po startu zajedeme do návštěvnického centra Kennedyho kosmického střediska, pak se otočíme na hotelu – a hurá zpátky na kosmodrom. Ještě dnes večer úspěšně startuje další raketa Falcon 9 společnosti SpaceX. Na pátek třináctého dobrý. |
Čtvrtý Falcon Heavy tak letěl až 1. listopadu 2022, kdy nesl náklad s kódovým označením USSF-44 (United States Space Force). Šlo o první z tajných vojenských misí, kdy nosič vynesl dvojici hlavních družic blíže neupřesněného určení a nejméně tři menší náklady. Dvojice družic byla raketou dopravena přímo na geostacionární oběžnou dráhu, kam se nemusí, na rozdíl od podobných misí, vydávat vlastními silami, což prodlužuje jejich životnost. Celková hmotnost vynášeného nákladu při tomto letu byla zhruba 3 750 kg. To je na první pohled hluboko pod deklarovanou nosností Falconu Heavy, ale ta se týká jen optimálního letu na nízkou oběžnou dráhu. Při letu na jinou orbitu nosnost klesá, často i velmi dramaticky. Sem patří i přímý let na geostacionární dráhu, který je energeticky náročnější, než je například let k Měsíci.
Letošek by se dal označit jako „rok Falconu Heavy“. Ke čtyřem startům v letech 2018 až 22 raketa přidala další čtyři a ještě jednou poletí. Nejprve 15. ledna vynesla tajný náklad USSF-67, pak 1. května komunikační družici ViaSat-3. Další komunikační družice Jupiter-3 alias EchoStar-24 následovala 29. července. A zatím naposledy 13. října došlo k vypuštění meziplanetární sondy Psyche pro NASA.
Pokud se nestane nic mimořádného, má letošní pátý a celkově devátý Falcon Heavy startovat v pondělí 11. prosince 2.14 h po půlnoci našeho času. Na palubě ponese pod aerodynamickým krytem k sedmému letu OTV-7 (Orbital Test Vehicle) malý raketoplán X-37B. Je to zvláštní mise: X-37B už v září 2017 při misi OTV-5 svezla raketa Falcon 9, takže kapacitně by měla dostačovat. Zdá se ale, že tentokrát bude cílem stroje energeticky náročnější dráha. Proto přijde ke slovu Falcon Heavy.
Doplňujeme, že zatím všechny Falcony Heavy byly úspěšné. Jen se ani jednou nepodařilo realizovat záchranu středového stupně. Pouze při druhém dokázal přistát na plošině OCISLY (Of Course I Still Love You), leč následně se na rozbouřeném moři převrátil. Tím, že mu „pomáhají“ boční bloky, končí práci při vyšší rychlosti a ve větší výšce, než běžné Falcony 9. Středové stupně se tak dostávají na samou hranici provozní obálky a záchrana je obtížná.
Ekonomická stránka věci
Původně SpaceX avizovala cenu Falconu Heavy v rozmezí 62 mil. dolarů (v případě záchrany všech tří spřažených stupňů i aerodynamického krytu) až po 150 mil. USD (nic se nezachraňuje, ale nosnost je vyšší a stejně tak je možné letět na energeticky náročnější dráhy). Dle zatím posledního zveřejněného ceníku v loňském roce má Falcon Heavy katalogovou cenu 97 mil. dolarů při plné znovupoužitelnosti. SpaceX uvádí, že při zakázkách pro NASA musí kvůli požadavkům na různé certifikace připočítávat k ceně 10 procent, při práci pro armádu dokonce 30 procent.
Ale… Je to jen základní cena. NASA či Pentagon zatím Falcon Heavy nakupovaly v rozmezí 130 až 330 mil. dolarů za start (kolik zaplatily komerční firmy za vypuštění komunikačních družic, nebylo oznámeno). Tento obrovský rozptyl ceny (nejvyšší je vlastně 2,5× nejnižší) je dán několika faktory.
V první řadě již zmíněnými požadavky na různé certifikace nebo použití jednorázových stupňů. Dále třeba tím, že pro zacházení s některými náklady platí speciální pravidla. Třeba ke zpravodajským družicím se mohou přiblížit jen lidé se zvláštní prověrkou. Ta sama o sobě něco stojí a lidé s ní mají vyšší hodnotu na trhu práce. Náklady může zvýšit i potřeba dodatečného speciálního hardware, který je nutné pro danou misi vyrobit. Třeba pro let s infračerveným kosmickým teleskopem Nancy Romanové (říjen 2026) jsou mimořádné požadavky na čistotu týkající se předstartovní přípravy i prostředí pod aerodynamickým krytem. NASA si tak musí připravit 255 mil. dolarů. Pro vynesení prvních modulů stanice Gateway PPE (Power and Propulsion Element) a HALO (Habitation and Logistics Outpost) v roce 2025 zase bude třeba prodloužený aerodynamický kryt, který dnes SpaceX nemá. NASA tak pomůže financovat jeho vývoj. Navzdory tomu vyjde start levněji než u konkurence, byť za něj kosmická agentura zaplatí 331,8 mil. dolarů.
Budoucnost zajištěna
Aktuálně je různými zákazníky objednáno deset raket Falcon Heavy. A tento počet se bude brzy zvyšovat, protože pro mnohé chystané mise nemá NASA či americké ministerstvo obrany alternativu. Pokud si odmyslíme pátý letošní start Falconu Heavy, tak již příští rok v dubnu poletí znovu. Tentokrát s meteorologickou družicí GOES-U. Na říjen 2024 se chystá start se sondou Europa Clipper ke stejnojmennému měsíci planety Jupiter. Jedná se o jednu z nejdražších misí v historii NASA, neb vyjde na 5 mld. dolarů.
Další jízdní řád je z hlediska termínů trochu zahalený v mlze. Firma Astrobotic si objednala dvě rakety pro své komerční lunární mise, NASA hodlá Falcon Heavy využít k vynesení teleskopu Nancy Romanové, modulů stanice Gateway či k jejímu zásobování pomocí lodí Dragon XL. Jednu misi má rezervovanou armáda. Jde o let s družicí GPS Block IIIF: těch je dnes objednáno deset, devět zatím nemá přidělený nosič. Ale Falcon Heavy prakticky jistě nepřijde zkrátka.
Armáda také bude potřebovat Falcon Heavy pro lety na polární oběžné dráhy, které jsou z Floridy nedosažitelné. SpaceX intenzivně pracuje na přestavbě rampy SLC-6 na kosmodromu Vandenberg. První Falcon 9 odtud má startovat v roce 2025, Heavy pak o rok později.
Falcon Heavy, raketa, kterou chtěl Musk nejméně třikrát zrušit, se tak o budoucnost obávat nemusí.
