Testovací zážeh motorů druhého stupně S28 určeného pro třetí let rakety Starship
„Předpokládám, že zničíme hodně Starshipů během pokusů o přistání (z oběžné dráhy),“ prohlásil v roce 2021 Elon Musk. Jeho prohlášení je platné v obecné rovině: revoluční rakety, která mají šanci změnit nejen kosmonautiku, ale i život každého obyvatele této planety, testuje „starým dobrým“ způsobem. Za letu.
Ač je díky haváriím často terčem posměchu, jde o nejlepší způsob získávání dat. Žádné laboratoře, žádné certifikace, žádné modelování: když se týmy domnívají, že je raketa připravena, jde na start. Ví, že připravenost je jen zbožným přáním a že se let zřejmě skončí předčasně. Podobně SpaceX postupovala, když ladila přistání prvních stupňů Falconu 9. Krůček za krůčkem, mnoho jich zničila – a nyní má více než 200 úspěšných přistání stupně v řadě za sebou.
Navíc při ceně Starshipu zhruba 90 milionů dolarů za kus si ztrátu lze dovolit (v kontextu ceny celého programu, do kterého chce Musk vložit kolem deseti miliard dolarů). Získávají se data z letu, data z provozu. Na to málo, jak se Starship testuje a jak rychle se postupuje vpřed, je program vlastně překvapivě úspěšný.
Ostatně, posuďte sami.
Monstrum pro dobytí vesmíru
O megaraketě poprvé hovořil Elon Musk už v roce 2005: to bylo tři roky po založení SpaceX a tři roky před tím, než firma dokázala vynést na oběžnou dráhu první kilogram nákladu. V průběhu let se měnil její název, technické parametry i koncepce. Až se ustálil na stávající podobě známé pod názvem Starship. Systém se skládá z prvního stupně (Super Heavy nebo Booster) o výšce 71 m, průměru 9 m a prázdné hmotnosti zhruba 200 tun se 33 motory Raptor.
Parametry lodi Starship v dubnu 2023
Do svých nádrží pojme až 3 200 tun pohonných látek (kapalný kyslík a zkapalněný zemní plyn, metan). Druhý stupeň (Ship) má výšku 50 m, průměr taktéž 9 m, prázdnou hmotnost kolem 100 tun a šest motorů Raptor (tři standardní, tři s prodlouženou tryskou pro zvětšení výkonu ve vakuu). Ten do svých nádrží pojme cca 1 200 tun stejných pohonných látek jako stupeň první.
Parametry nosiče Super Heavy v dubnu 2023
Velká premiéra
Statický zážeh 31 raptorů na Super Heavy B7 v únoru 2023
Přeskočme nyní samostatné letové zkoušky druhého stupně, nespočetné pozemní testy či peripetie se získáním licence a přejděme rovnou k prvnímu testu kompletní sestavy Starship, tedy obou stupňů. Dostal označení IFT-1 (Integrated Flight Test) a proběhl 20. dubna 2023.
Podle plánu měl první stupeň pracovat 2 minuty 49 sekund, o tři sekundy později mělo následovat oddělení druhého stupně. Pak jeho cesta na suborbitální dráhu. První stupeň se měl otočit proti směru letu, provést zážeh motorů na 55 sekund, který by jej vrátil zpět k pobřeží a nakonec kolem osmé minuty letu hladce dosednout do vln Mexického zálivu. Se záchranou se nepočítalo: při dosednutí se měl převrátit a rozlomit. Kdyby zůstal na hladině, byla Pobřežní stráž USA připravena jej rozstřílet, aby se nestal ohrožením pro lodní dopravu.
Druhý stupeň měl v čase 9 minut 20 sekund vypnout své motory a setrvačností dosáhnout výšky 235 km. V čase 1 hodina 17 minut 21 sekund měl vstoupit do atmosféry, po jedenáctiminutovém brzdění dokončit průlet a o půldruhé minuty později se zřítit u Havajských ostrovů. Původně plánované přistání na závěr bylo zrušeno jako zbytečná komplikace, protože nikdo racionálně uvažující nepočítal s tím, že se monstrum při premiéře dostane až do tohoto bodu.
Raketa odstartovala bez tří fungujících motorů. Nebudeme sáhodlouze popisovat přesný průběh letu: postupně vypadávaly další motory a hydraulický systém, který měl zajišťovat řízení letu. Nakonec se stala neovladatelnou. K velkému překvapení ji nedokázal po ztrátě řízení zničit ani autodestrukční systém a až skoro čtyři minuty po startu ji rozlámaly aerodynamické síly (motory prvního stupně pracovaly oproti plánu déle, protože jich mnoho vypadlo a na zbývající tak zbývalo „jejich“ palivo).
20. dubna 2023 |
Když si srovnáme skutečný průběh letu se zamýšleným, tak se na první pohled opravdu není čím chlubit. Ale... Už před letem Elon Musk prohlásil, že bude za úspěch považovat alespoň 20 až 30 sekund letu. Tedy tolik, aby případná selhavší raketa nezničila rampu a cenné pozemní vybavení. „Trvalo by mnoho měsíců, než bychom rampu postavili znovu. Takže doufám, že se na nás osud usměje a raketa bezpečně opustí startovací rampu, než se cokoliv pokazí.“
Rampa sice byla výrazně poškozena, ale nikoliv kvůli havárii nosiče, nýbrž jeho činností. Starship každopádně Muskem nastavené laťky dosáhl a dokonce ji výrazně překonal. Byl to tedy úspěch, nebo ne?
Málem úspěšný reparát
33 motorů prvního stupně rakety Starship pracuje (snímek ze startu 18. listopadu) – dočkáme se opět už dnes?
K letu IFT-2 odstartoval Starship 18. listopadu 2023. Na raketě a pozemním vybavení bylo provedeno přes tisíc změn. Za všechny zmiňme alespoň dvě: pod vypouštěcí stůl byla instalována rozměrná kovová deska protkaná sítí vodních proudnic (dle Muska „sprcha vzhůru nohama), která tlumila efekt startujících motorů. Druhou výraznou změnou bylo doplnění prvního stupně o příhradovou konstrukci, která umožní zážeh motorů druhého stupně ještě v době fungování motorů prvního. Jednak dojde k jejich snazšímu zážehu (pohonné látky se ani na sekundu neocitnou ve stavu beztíže, tedy ve volném pádu) a jednak nedojde k žádným ztrátám ve výkonu rakety. Její kapacita tak vzroste o cca 10 procent (na cca 150 tun, ale přesná nosnost rakety zůstává obestřena tajemstvím). Právě dosažení tohoto bodu – zážehu druhého stupně v průběhu činnosti prvního – si tentokrát Musk stanovil jako minimální hranici pro hodnocení mise jako úspěšné.
A jaký byl skutečný průběh letu? Plán byl prakticky identický jako u IFT-1. Tentokrát nicméně všech 33 motorů prvního stupně pracovalo jako hodinky. Každou sekundou spotřebovaly 18 tun pohonných látek a generovaly tah 74,4 MN. Pro srovnání: legendární Saturn V měl na startu 34,5 MN a obří SLS 39 MN. Těsně před zážehem stupně druhého byla většina motorů prvního vypnuta. V činnosti zůstala jen středová trojice. Šest motorů druhého stupně se úspěšně zažehlo, první stupeň zahájil otáčení. Cíle stanového Elonem Muskem bylo dosaženo, vše ostatní bylo „nad plán“.
Během otáčení prvního stupně explodoval jeden z motorů Raptor (devět z plánovaných deseti se ovšem restartovat povedlo) a ke slovu přišel (tentokrát plně fungující) autodestrukční systém. Druhý stupeň ovšem pokračoval v letu na suborbitální dráhu. V čase 7 minut 5 sekund ovšem došlo k několika výbuchům a požáru v motorové sekci, opět zasáhl autodestrukční systém. Na vině bylo plánované odpouštění přebytečného kapalného kyslíku (ten měl nahrazovat vynášený náklad). Jak Elon Musk poznamenal: „Pokud bychom nesli náklad, dostali bychom se na plánovanou dráhu.“
18. listopadu 2023 |
Do třetice všeho…
Plán letu IFT-3
Třetí kompletní raketa Starship je nyní připravena na startovací rampě na základně Starbase u města Brownsville v Texasu. Plán letu IFT-3 je tentokrát odlišný od dvou předchozích zkoušek: SpaceX s raketou poprvé míří na oběžnou dráhu. Aktuálně je čas startu (dle rozpisu SpaceX označovaný jako „excitement guaranteed“, vzrušení zaručeno) stanovený na čtvrtek 14. března ve 13:00 h středoevropského času.
A co má následovat dále? Padesát sekund po startu bude raketa procházet okamžikem maximálního dynamického namáhání (Max Q), 2 minuty 40 sekund po startu dojde k vypnutí většiny motorů prvního stupně (30 ze 33). O dvě sekundy později se nastartuje šest motorů stupně druhého a dojde k jeho oddělení. První stupeň bude mít následně 11 sekund na to, aby se otočil a zahájil zpětný zážeh trvající 55 sekund. V čase 6 minut 44 sekund po startu se zapálí jeho motory znovu a o 18 sekund později dosedne do vln Mexického zálivu. Se záchranou se nepočítá.
Druhý stupeň zatím bude pokračovat v cestě na oběžnou dráhu. V čase 8 minut 33 sekund po startu dojde k vypnutí šesti motorů Raptor. Pak bude následovat (11 minut 54 sekund po startu) otevření dveří nákladového prostoru: nebudou ale tak rozměrná jako dříve u raketoplánů Space Shuttle, neb jsou velké jen tak, aby jimi proklouzly družice Starlink o rozměru 6,4 × 2,7 m. K jejich vysazování poslouží dispenzér, který Musk přirovnává ke známým hračkám vydávajícím cukrátka PEZ (pro nás starší a pokročilé: Lipo).
Ve 25. minutě letu dojde k zajímavému testu: zkoušce přečerpávání pohonných látek mezi nádržemi. Konkrétně 10 tun kapalného kyslíku z jedné nádrže do druhé. K přečerpávání pohonných látek v mikrogravitaci dochází běžně, ale toto bude historicky první podobný pokus s kryogenním palivem (kapalný kyslík má teplotu pod 183 stupňů Celsia.
Další zajímavý test přijde na řadu ve 41. minutě letu, kdy dojde k restartu motoru (či motorů) Raptor v podmínkách mikrogravitace. Restart bude zároveň brzdicím manévrem, který loď přivede zpět do zemské atmosféry. To bude v 50. minutě letu. Následovat má 12 minut trvající průlet, v závěrečné fázi mise ani ne dvouminutový volný pád a v 65. minutě letu dopad do Indického oceánu.
Dlužíme ještě to, co bude Elon Musk považovat za úspěch tentokrát. Neklade si menší ambice než dosažení oběžné dráhy: „Myslím, že máme celkem slušnou šanci s letem číslo 3 dosáhnout orbity.“
Sto raket za rok? A není to málo?
Pohled na horní stupeň lodi Starship ze 4. března 2024
Přeskočme nyní testovací lety Starshipu a podívejme se do budoucnosti. SpaceX dělá systém jako maximálně univerzální. Kromě očekávané dopravy nákladů (speciální verze rakety bude pro vynášení družic Starlink, jiná pro rozměrnější náklady) a lidí na nízkou oběžnou dráhu půjde například o Starship ve verzi kosmické palivové stanice, na níž budou létat Starshipy-tankery. Verze HLS (Human Landing System) poslouží jako lunární modul v rámci programu NASA Artemis.
SpaceX studuje i lunární nákladní verzi. Starship-meziplanetární má nejprve létat kolem Měsíce, později se vydat kolonizovat Mars. Že i zde bude potřeba povícero variant, jistě netřeba zdůrazňovat. V zákulisí se také hovoří o Starshipu přestavěném na trvale osídlenou orbitální stanici. Zatím v říši snů je využití druhých stupňů k mezikontinentální dopravě lidí, která má do budoucna nahradit leteckou. Rakety by za cenu srovnatelnou s letenkou v ekonomické třídě mohly spojit velká světová města lety dlouhými kolem čtyřiceti minut. Pasažér by cestou třeba z Prahy do New Yorku jako prémii získal i titul „astronaut“.
Pentagon pak se SpaceX studuje možnost využití druhého stupně pro rychlou dopravu nákladu či osob do oblastí „humanitárních krizí“ (ať už si pod tím představíme cokoliv). Objevily se i návrhy na náhradu vojenských dopravních letounů právě raketami Starship.
Vraťme se ale do současnosti: Starship má potenciál způsobit revoluci. A je velmi pravděpodobné, že jich bude potřeba hodně, opravdu hodně. „Abychom mohli dosáhnout kolonizace Marsu v následujících třech dekádách, budeme potřebovat ročně vyrobit sto lodí. Ale ideálně více, až ke třem stovkám,“ nastínil svoji vizi Elon Musk. Upozorňuje ale na úskalí: „Výroba je o tisíc procent složitější než kusová výroba. Tedy, nejméně o tisíc procent.“
Potvrzuje to i jeho zástupkyně a viceprezidentka SpaceX Gwynne Shotwellová: „Navrhujeme Starship tak, aby jeho provoz byl co nejvíce podobný leteckému provozu. Rádi bychom uskutečňovali desítky startů denně, ještě raději pak stovky.“ Návrh konstrukce rakety s ohledem na budoucí masovou výrobu je také jednou z odpovědí na stávající „dětské nemoci“ systému Starship.
Takže kolik?
Kvarteto hotových či rozestavěných prvních stupňů Booster v montážní hale na konci ledna: úplně vlevo a úplně vpravo dvě části B14, zleva potom B10, B11 a B12
Abychom neutekli z otázky položené v titulku: nejsme majiteli křišťálové koule, ale můžeme si udělat alespoň přibližnou představu o tom, kolik raket Starship letos poletí. Pokud si odmyslíme na rampě aktuálně stojící první stupeň B10 (Booster výrobního čísla 10) a druhý S28 (Ship 28), pak sestava pro další let (B11/S29) je hotová, má za sebou úvodní testy a může startovat „velmi brzy“ po aktuální misi. Samozřejmě, že bude záležet na tom, jak nakonec dopadne let IFT-3.
Další dva první stupně (B12 a B13) jsou těsně před dokončením a zbývá je osadit motory, nejméně čtyři další stupně jsou pak v různé fázi rozestavěnosti. Z druhých stupňů jsou tři před dokončením hotové (S30 až S32), další nejméně dva v různé fázi rozestavěnosti. Za rozestavěné se považují takové, z nichž amatérští pozorovatelé neustále brousící kolem továrny spatřili alespoň nějaké identifikovatelné části. Je pravděpodobné, že rozdělaných raket je mnohem více.
Ještě loni v prosinci Elon Musk sliboval na letošní rok deset startů raket Starship. Podotýkáme ale, že ve stejné době také avizoval první letošní misi hned na leden. Stávající platné číslo je 9 startů: uvedl ho koncem února náměstek administrátora FAA (Federal Aviation Agency), což je federální instituce vydávající licence pro let, Kelvin Coleman. A dodal: „Letos se (ve SpaceX) chystají na velmi agresivní letový program.“
Alibisticky můžeme napsat, že je velmi pravděpodobné, že se v tomto roce uskuteční více startů než loňské dva. A že je prakticky jisté, že ne všechny Starshipy dosáhnou stanoveného cíle.
Ovšem s tím do toho Elon Musk jde.
