Diit.cz - Novinky a informace o hardware, software a internetu

Falcon 9 Block 5: Poslední „velká verze“ revolučního Nosiče?

11. května vynesla raketa Falcon 9 na dráhu přechodovou ke geostacionární bangladéšskou družici Bangabandhu-1. Na první pohled další z mnoha úspěšných startů, ale ve skutečnosti velmi důležitý a zajímavý – jednalo se totiž o první start rakety ve verzi označované jako Block 5 uzpůsobené na základě získaných zkušeností k vícenásobné použitelnosti.

1. stupeň rakety se během letu úspěšně oddělil a přistál na námořní plovoucí plošině Of Course I Still Love You. Technici jej tedy nyní mohou pořádně zkontrolovat, aby už ty další tak zevrubně kontrolovat nemuseli.

Falcon 9 ve verzi Block 5 má umožnit až stonásobné použití a o něco zlevnit vynášení družic, byť dramatické zlevňování pro zákazníky se vzhledem k dalším investicím SpaceX konat nemůže. Ještě před popisem konkrétních technických úprav není od věci si pro pořádek zrekapitulovat, jak se to vlastně má s verzemi rakety, která se neustále vyvíjí.

Evoluce neobyčejného nosiče

Ve své původní verzi označované jako Block 1 (v1.0) odstartovala raketa Falcon 9 poprvé už před osmi lety, 4. června 2010 s kosmickou lodí Dragon na její kvalifikační let. Oproti všem dalším verzím jí můžeme jednoduše rozpoznat podle podstatně menší výšky a uspořádání raketových motorů 1. stupně Merlin 1C do mřížky 3 x 3. Na výšku měřila raketa 54,9 m, vážila při startu 333 t a dokázala vynést 10 450 kg na nízkou oběžnou dráhu nebo 4 540 kg na dráhu přechodovou ke geostacionární. V letech 2010 až 2013 uskutečnila celkem pět startů, z toho čtyři úspěšné a jeden částečně úspěšný.

Vizuální srovnání některých verzí rakety Falcon 9

K výraznému zvětšení rakety, konkrétně prodloužení došlo u verze Block 2 (v1.1), která poprvé odstartovala 29. září 2013. Výška narostla na 68,4 m a startovací hmotnost na 506 t. V souvislosti s tím muselo dojít k použití silnějších raketových motorů Merlin 1D o tahu 620 kN u hladiny moře, které byly nově usazeny v kulovité mřížce. Na nízkou oběžnou dráhu už raketa mohla vynést 13 150 kg nebo 4 850 kg na dráhu přechodovou ke geostacionární. Udávaná nosnost však měla mít zhruba 30% rezervu kvůli experimentům s přistáváním 1. stupně. To se poprvé podařilo 18. dubna 2014. Celkem mezi zářím 2013 až lednem 2016 uskutečnila raketa celkem 15 startů, z toho 14 úspěšných.

Mezitím vývoj pokračoval do verze Block 3 (Full Thrust), která přinesla zejména podstatné navýšení nosnosti až na 22 800 kg na nízkou oběžnou dráhu nebo až 8 300 kg na dráhu přechodovou ke geostacionární – nutno však dodat, že nikoliv při vícenásobném použití. Vyšší nosnosti bylo dosaženo jednak opět dalším zvýšením tahu raketových motorů a druhak zchlazením okysličovadla tak, že se jej do interních nádrží vešlo až o zhruba 17 % více. Celková hmotnost rakety vzrostla na 549 t. Falcon 9 Full Trust se zároveň stala 30. března 2017 první raketou, která při svém startu využila již použitý 1. stupeň.

Do vývoje nám trochu zmatku přináší verze Block 4 (v1.2 nebo také Full Thrust), která představuje jakýsi mezičlánek mezi verzemi Block 3 a 5. Nicméně se jedná o předposlední verzi Falconu 9, která ještě nějakou dobu bude provozována společně s nejnovější verzí, i když už nebude vyráběna a využívat se budou již jen použité stupně. Dosud Falcon FT ve verzích Block 3 a 4 uskutečnil celkem 36 úspěšných startů.

Block 5: Vícenásobně použitelný Falcon

Žádná z předchozích verzí rakety Falcon 9 ovšem nebyla snadno vícenásobně použitelná – před startem s použitým stupněm bylo zapotřebí větší kontroly a žádný stupeň nikdy neletěl třikrát. Přesto je třeba říci, že alespoň podle vyjádření SpaceX bylo i to levnější, než vyrábět součástky a montovat celý nový stupeň.

Proto na základě zkušeností vyvinuli ve SpaceX verzi Block 5 (někdy označována jako v2.5), která se má stát alespoň dle současných plánů poslední „velkou“ verzí této rakety. To sice neznamená, že se nedočká dalších vylepšení, ale jen některých – zjednodušeně takových, které budou třeba nebo s nimi budou souhlasit významní zákazníci požadující speciální certifikace jako je NASA a letectvo, či nebudou v jejich rozporu.

Start rakety Falcon 9 Block 5 a přistání jejího 1. stupně na plošině

Oproti dosavadním verzím má Block 5 využívat nově vícenásobně použitelné přistávací nohy, které se mají vysouvat podstatně dříve, a podílet se tak na řízeném aerodynamickém přistání. Zároveň budou vícenásobně použitelné také roštová kormidla nově vyrobená z titanu a nikoliv hliníku, jako tomu bylo doposud. Ty by měly krom jiného umožnit sestup pod vyšším úhlem náběhu, což ušetří palivo nutné pro motorické přistání. Vedle toho došlo i ke skutečně kosmetickým změnám jako například umístění vlajky výše, aby nebyla znečišťována spalinami.

1. stupeň zároveň dostal nový nátěr lépe chránící před žárem a vylepšený tepelný štít má také motorová sekce. V jejím případě došlo i ke změně konstrukce pro uchycení motorů, která nyní není svařovaná, ale šroubovaná a umožňuje tak snadnější přístup k motorům a jejich výměnu. Navíc by měla umožnit snadnější připojení stupňů jako bočních stupňů rakety Falcon Heavy. Krom toho došlo opět ke zvýšení tahu raketových jeho motorů Merlin 1D o 8 %, respektive o 5 % ve variantě Merlin Vacuum pro 2. stupeň.

Zároveň na motorech došlo k celé řadě úprav prodlužujících jejich životnost i zjednodušujících výrobu. Ty by také měly zamezit vzniku vlasových struktur na lopatkách čerpadel motorů, které se sice neukázaly jako nebezpečné. Nicméně NASA z nich byla i vzhledem k tomu, že má Falcon 9 v budoucnu vozit pilotované kosmické lodi, pochopitelně nervózní. Než však ještě bude moci SpaceX ve své lodi Crew Dragon pro NASA vozit astronauty na Mezinárodní kosmickou stanici astronauty, musí demonstrovat alespoň sedm úspěšných startů Falconu 9 ve verzi Block 5. A ten první se do tohoto počtu bohužel nepočítal.

Všechna vylepšení a úpravy mají nakonec umožnit až desetinásobné vícenásobné použití 1. stupně bez větší údržby nebo výměny dílů. Až poté má následovat větší údržba. Celkově by pak měl být jediný stupeň použitelný podle slov Elona Muska až stokrát! Neméně zajímavé je, že už v příštím roce chtějí ve SpaceX vyzkoušet využití navrátivšího stupně do 24 hodin od jeho přistání.

Záchrana aerodynamického krytu a 2. stupně

První stupeň Falconu 9 představuje nicméně zhruba 60 % ceny za start. Zbytek má tvořit 2. stupeň s 20 %, aerodynamický kryt s 10 % a náklady na start s dalšími zbývajícími 10 %. Vyloženě se tak nabízí otázka, zda by nebylo možné zachraňovat další součásti rakety, když tvoří stále ještě nezanedbatelnou třetinu nákladů na start.

S 2. stupněm se to doposud mělo tak, že jeho záchrana (tedy návrat na zem a znovu použití) by byla příliš technicky náročná z mnoha důvodů. Přesto nyní ve SpaceX počítají při dalších se sběrem dat a posléze s experimentováním s různými varianty tepelné ochrany nutné pro návrat stupně hustými vrstvami atmosféry. Pokud by stupeň návrat přežil, mohl by v budoucnu přistávat pomocí balónu. Otázkou nicméně zůstává za cenu, jakého snížení nosnosti. Přeci jen každé palivo nevyužité k udělení rychlosti nákladu znamená méně kilogramů na danou oběžnou dráhu.

Polovina aerodynamického krytu vracející se na padáku

Už nyní probíhají i pokusy se záchranou aerodynamického krytu, který ať se to nemusí zdát, představuje kolem 10% ceny za start. SpaceX proto v tomto případě zkouší využití padáku.

Falcon 9, Falcon Heavy a BFR

Krom Falconu 9 má SpaceX k dispozici také Falcon Heavy (původně označovaný také jako Falcon 9 Heavy), který se skládá v podstatě z trojice prvních stupňů Falconu 9. K premiérovému startu této v současnosti nejsilnější rakety došlo letos v únoru a podle tehdejších proklamací Elona Muska se dal další start očekávat za 3 až 6 měsíců.

Každému, kdo se ovšem alespoň trochu zajímá o kosmonautiku, muselo být jasné, že se jedná opět o další přehnaně optimistický odhad. V nedávné době se navíc diskutovalo nad dalším využitím Falconu Heavy, když byly doposud ohlášeny jen dva starty, za což částečně může zdržení v projektu a přesun některých nákladů ať už na Falcon 9 nebo na konkurenční raketu Ariane 5.

Přistání bočních stupňů Falconu Heavy

Realita je ovšem taková, že o svou budoucnost se Falcon Heavy i kvůli příchodu nového Falconu 9 bát nemusí. Jednak má na rozdíl od něj umožňovat dopravu přímo na geostacionární dráhu a druhak můžeme předpokládat, že SpaceX nebude chtít plýtvat jednorázovým použitím raket Falcon 9 při vynášení nákladů na náročnější dráhy jako dosud, kdy při se 1. stupně v některých případech za cenu obětování nevracely a tak šetřily palivo nutné dosažení cílené oběžné dráhy. Navíc silnější Falcon Heavy může i s návrtem stupňů vynést družice na dráhy bližší k cílovým. Družice tak nejen že dříve zahájí svůj provoz, ale mohou tak i ušetřit vlastní pohonné látky a prodloužit si svou životnost o několik měsíců až let, což není ekonomicky vůbec zanedbatelné.

Příští start Falconu Heavy označovaný jako STP-2 (Space Test Program 2) by se měl uskutečnit nejdříve v listopadu tohoto roku, tedy pořád „pouhých“ 9 měsíců od prvního startu a vynést 25 družic na tři různé oběžné dráhy pro americké letectvo. Další start s telekomunikační družicí Arabsat 6A pro Saúdskou Arábii prozatím hodně orientačně naplánován na přelom letošního a příštího roku. Do dalších let pak můžeme předpokládat řadu dalších startů pro americké letectvo i řadu dalších zájemců Zajímavostí je, že s Falconem Heavy se počítá i vzhledem ke zdržení vývoje nosiče SLS pro stavbu kosmické stanice DSG u Měsíce.

Start rakety Falcon 9 Block 5

Oproti tomu samotný Falcon 9 může v následujících pěti letech uskutečnit soudě dle tweetu Elona Muska až kolem 300 startů, k čemuž bude zapotřebí výroba 30 až 40 stupňů. Ačkoliv se to může zdát hodně, tak je dobré připomenout, že už v minulém roce dosáhl SpaceX na 18 startů a to ještě se staršími verzemi rakety, které byly využity maximálně jen dvakrát a vždy po delší době. Další budoucnost se pak bude odvíjet od toho, zda se podaří vyvinout vícenásobně použitelnou superraketu BFR. Minimálně té doby by globální jedničkou minimálně z počtu startů měl být Falcon 9 Block 5.

Tagy: 

Diskuse ke článku Falcon 9 Block 5: Poslední „velká verze“ revolučního Nosiče?

Žádné komentáře.