Google překladač: English Deutsch

Uzimex 1 Falcon1„Pokud to fungovat bude, bude to opravdu velké," těmito slovy sliboval zakladatel SpaceX Elon Musk v září 2011 pokus vytvořit opakovaně použitelnou raketu. Sám se tehdy netajil pochybnostmi. Nicméně my už dnes víme, že to funguje. A že je to opravdu velké. A že to bude ještě větší.

První stupně raket řady Falcon 9, resp. z jejich větších bratříčků Falcon Heavy, dnes přistávají jako na běžícím pásu a lámou jeden rekord za druhým. V březnu letošního roku si jedna z nich připsala už dvanáctý start. A do konce dubna první stupně neskutečnou sérii 43 úspěšných přistání v řadě. Přesnost přistání je tak velká, že se pro budoucí generaci svých nosičů rozhodl Elon Musk opustit přistávací podvozek a rakety hodlá zachytávat pomocí obřích kleští přímo na rampě.
Ušetří tak hmotnost podvozku a eliminuje jeho možné selhání plus zkrátí čas potřebný k dopravě rakety zpět na místo startu. Ale nepředbíhejme.
Uzimex 2 Falcon2Zatímco motory jiných raket musí spolehlivě fungovat jen při startu, u Falconu 9 musí zvládnout i přistávací manévry, a to vše opakovaně.

Rakety na jedno použití
Už od startu prvního Sputniku měla světová kosmonautika „kouli na noze": protože většina raket vznikla úpravou těch vojenských, nebyly určené k opakovanému použití. Objevila se celá řada pokusů, z nichž největším a nakonec nejdražším byl kosmický raketoplán Space Shuttle, ale všechny se nakonec ukázaly být slepými uličkami, nebo prostě předběhly svoji dobu.
Prostě se dosud vždy ukázalo, že je jednodušší stavět pro každou misi novou raketu. Důvody byly různé: penalizace nosnosti u záchranných systémů, složitá doprava zachráněných stupňů, vyšší nároky na opakovaně použitelný hardware, ekonomická nevýhodnost opakovaného používání při nízkém počtu startů apod.
I s Elonem Muskem to zpočátku vypadalo podobně. Jeho konceptu přistání rakety ve vertikální poloze s pomocí raketového motoru málokdo věřil. Celý záměr totiž vypadal šíleně a komplikovaně. Musk ale přišel ve správné době, měl k dispozici správnou technologii a vsadil na správné lidi. A samozřejmě do projektu investoval i svoji pověstnou houževnatost.

Padáky se neosvědčily
Elon Musk už od počátku – firmu SpaceX založil před dvaceti lety, v březnu 2002 – o znovupoužitelných raketách snil. Dobře ale věděl, že nejprve musí zkrotit rakety „obyčejné", aby se mohl posunout na vyšší úroveň. Původní plány byly ambiciózní: za čtyři roky chtěl vyvinout několik raket různé velikosti, které by startovaly minimálně jednou měsíčně.
Uzimex 3 Falcon3Falcon 9 je dostatečně spolehlivý i prolety s astronauty: na snímku start lodi Crew Dragon 11. listopadu 2021.
Nakonec vývoj trval mnohem déle a nosič Falcon 1 mu příliš radosti neudělal. První tři havarovaly a se SpaceX to bylo nahnuté. Kdyby čtvrtá raketa v září 2008 neuspěla, měl Musk připravené výpovědi pro všechny zaměstnance. Naštěstí historie žádné „kdyby" nezná.
Po Falconu 1 přišel mnohem větší Falcon 9 (číslo hovoří o počtu motorů v prvním stupni). Musk původně chtěl k záchraně rakety využívat padáky: první stupeň by přistál do oceánu a následně technici SpaceX studovali, cože se z něj dá opakovaně používat. První dvě rakety Falcon 9 dokonce padáky nesly, ale stupně se rozlámaly už při pokusu o neřízený průlet atmosférou.

S koštětem v hurikánu
Firma se po dvou nezdarech rozhodla změnit přístup a zavrhla použití padáků plus dosednutí na mořskou hladinu. Rozhodla se zkusit vsadit na něco zcela nového. Tedy na techniku motorického přistání. Ta má celou řadu výhod: od šetrného dosednutí přes nulový vliv prostředí (slané mořské vody) a využití prostředků na palubě (motory) až po volbu místa dosednutí (včetně možnosti návratu zpět na kosmodrom).

Uzimex 4 Falcon4Pro nastavení správného poměru paliva a okysličovadla obsluhují ventil dva dvoupólové BLDC motory průměru 35 mm s planetovou převodovkou. Důležité vlastnosti: Robustní konstrukce, odolnost extrémním podmínkám vysokých teplot a vibrací.
Během zkoušek prototypů v Texasu získala SpaceX dostatek dat o řízeném přistání prvního stupně. Dosednutí s pomocí jednoho až tří zapnutých motorů sice vypadá jednoduše, ale jak prohlásil Elon Musk: "Je stejně obtížné, jako pokusil se na špičce prstu vybalancovat gumové koště v hurikánu."
Firma pokračovala s pokusy na skutečných raketách. Ale jen při misích, kdy to nemělo jakýkoliv vliv na vynášený náklad. První stupeň v takovém případě vykonal práci, za kterou zákazník zaplatil, a při běžném letu rakety by byl bez užitku zahozený do oceánu. Takto si s ním SpaceX mohla „hrát". Nejprve přistával nazdařbůh do oceánu. Řešila se jeho schopnost udržet stabilitu, přesnost přistání nebo posloupnost jednotlivých kroků. Následovaly pokusy o dosednutí na ponton na moři. Ty byly čím dál úspěšnější, ale na konci jim vždy něco chybělo.
Až 21. prosince 2015 poprvé úspěšně přistál první stupeň rakety Falcon 9. Shodou okolností na den přesně šest let poté, 21. prosince 2021, provedla společnost SpaceX úspěšné přistání s pořadovým číslem 100.

Kterak vrátit raketu domů
A jak přesně záchrana prvního stupně probíhá? Upozorňujeme, že všechny výšky a rychlosti jsou jen orientační a že se odlišují misi od mise. Každá letí na jinou trajektorii, s jinak těžkým nákladem apod. Při rychlosti cca 2 km/s končí první stupeň svoji práci a uvolňuje stupeň druhý. Jen pro srovnání: když nedochází k záchraně prvního stupně, může se odlehčit o přistávací systémy a může spotřebovat veškeré pohonné látky. V takovém případě končí svoji práci při rychlosti 3,4 km/s, což samozřejmě vede k vyšší nosnosti rakety.
Ale zpět k záchraně stupně: k rozdělení prvního a druhého dochází ve výšce zhruba 80 km. První stupeň pak obvykle provádí trojici manévrů nazvaných Boostback, Entry a Landing. Před prvním z nich se otočí „do protisměru", zažehne svůj motor a snižuje rychlost. Buď jen trochu, aby směřoval rovnou kolmo do atmosféry směrem k přistávací plošině, nebo naopak hodně, aby se začal vracet na místo startu. Tento energeticky velmi náročný manévr se používá spíše výjimečně u relativně lehkých zařízení.
Stupeň setrvačností dosáhne výšky cca 200 km a začne klesat. Následně jsou vyklopena roštová kormidla, která pomáhají řídit průlet atmosférou. K druhému manévru (Entry) dochází přibližně ve výšce 60 km a trvá půl minuty. Jeho cílem je snížit vertikální rychlost klesajícího stupně, aby při kontaktu s hustými vrstvami atmosféry (ve třiceti kilometrech odpovídá zhruba jednomu procentu při hladině moře) nebyl vystavený příliš velkému tepelnému namáhání.
Poslední zážeh motorů – přistávací (Landing) – začíná ve výšce kolem 4,5 km a trvá 30 sekund. Na jeho konci stojí raketa na pevné ploše, ať již na pontonu na moři, nebo na přistávací oblasti na pevnině. Poslední manévr je přitom realizovaný s jedním nebo třemi motory (z celkových devíti). Když je použita trojice motorů, stačí méně pohonných látek, ale celý manévr je výrazně náročnější na přesnost. V každém případě Falcon 9 dosedne a v nádržích má palivo a okysličovalo jen na jednu až tři sekundy provozu. Na všechny tři návratové manévry (Boostback, Entry a Landing) si pak nechává vyhrazeno 6 až 10 % celkového množství pohonných látek.

Vyplatí se to?
Záměrem přitom byla plně znovupoužitelná raketa: zachraňovat se měl první i druhý stupeň. Musk si byl velmi dobře vědom, že jde o velkou výzvu. Už v září 2011 přítomné posluchače informoval, že každý kilogram vybavení potřebného ke znovupoužitelnosti druhého stupně se odečítá z užitečného zařízení. U prvního stupně je to snížení nosnosti o jeden kilogram nákladu na každých 5 kg vybavení určeného k záchraně stupně. Musk si nechal otevřená zadní vrátka a zdůraznil, že o znovupoužitelnost bude usilovat pouze v případě, že bude skutečně smysluplná a že před finálním rozhodováním chce mít co nejvíce odpovídajících dat.
Elon Musk loni v srpnu tweetoval, že kvůli penalizaci nosnosti (40 %) a nákladům na přípravu ke druhému startu (10 % ceny) je Falcon 9 po dvou misích ekonomicky na nule ve srovnání s jednorázovou raketou. Od třetí mise začínají výhody z opakovaného použití převažovat. Právě díky opakované použitelnosti raket byla SpaceX schopná operativně změnit plány na letošní rok. Původně plánovala padesát startů, ale po nedostupnosti ruských raket se firma rozhodla pomoci světové kosmonautice a nyní míří na šedesát letů. Žádný jiný dodavatel kosmických dopravních služeb toho není tak rychle schopen.

Závěr
Když Elon Musk 29. září 2011 v National Press Clubu (Washington D.C.) svůj záměr na vytvoření opakovaně použitelné rakety představoval, sliboval, že to „bude velké". Jak jsme ostatně uvedli na úvod. A zároveň dodal: „Plně znovupoužitelná raketa by dramaticky snížila cenu vynášení nákladu a lidí do vesmíru, což by učinilo průzkum a kolonizaci dalších světů mnohem dostupnějším." Deset let poté víme, že měl naprostou pravdu.

Falcon 9 a FAULHABER
Uzimex 5 Motor-003Nenápadným dříčem na Falconech 9 jsou elektromotory Faulhaber (téměř sériové EC motory s reduktorem), které řídí dodávku paliva do motorů Merlin 1D. Jakékoliv selhání se přitom neodpouští, protože špatný poměr paliva k okysličovadlu by vedl k předčasnému spotřebování pohonných látek (a tím ke ztrátě rakety) nebo ke zničení motoru. Na rozdíl od jiných raket, kde se ovládání ventilů často řeší „hrubou silou" (pyrotechnicky), musí elektromotory na raketách SpaceX fungovat s hodinářskou přesností, opakovaně a za maximální spolehlivosti. Stačí se podívat na množství zážehů motorů během jednoho letu – a na počet letů některých stupňů. Počty startů Falconů 9 se již přehouply přes 150 a na letošní rok možná překročí v součtu 200, neuvěřitelná kadence. Motory FAULHABER se samonosným vinutím jsou pro své špičkové konstrukční a technologické vlastnosti široce využívány přirozeně též mimo vesmírné aplikace.

www.routech.cz

Kalendář akcí

<<  Květen 2022  >>
 Po  Út  St  Čt  Pá  So  Ne 
        1
  2  3  4  5  6  7  8
  9101112131415
162122
23242526272829
     
Nejnovější akce

Odběr novinek


Technika News
StreamTech.tv News

..