NASA v roce 2010 v rámci 1. kola programu CCP (Commercial Crew Program) SpaceX ještě nefigurovala. Až v dubnu 2011 byla schválena podpora návrhu integrovaného záchranného systému, který ostatně loď i nakonec využívá, přesněji má připraven k využití pro případ potřeby. Návrh na skutečně ucelenou loď společně s nosičem probíhal až v rámci 3. kola, jehož už se krom Dragonu (v té době ještě označovaném jako DragonRider) účastnil Boeing s lodí CST-100 a také Sierra Nevada Corporation s raketoplánem/vztlakovým tělesem Dream Chaser.

Mezitím ve SpaceX dotáhly do zdárného konce vývoj nákladní lodi Dragon určené k zásobování Mezinárodní kosmické stanice (ISS – International Space Station). Nejprve 8. prosince 2010 byla loď vynesena k 3hodinovému letu s cílem ověřit klíčové systémy a návrat na Zem. Za rok a půl poté, 22. května 2012, pak už v rámci druhého letu přišla řada na nácvik automatických setkávacích manévrů, a nakonec připojení ke stanici. Poté už následovaly mise v rámci kontraktu Commercial Resupply Services. Začátkem září 2014 už měl Dragon na svém kontě celkem čtyři úspěšné lety ke stanici a horečně probíhaly přípravy na další start, jenž se uskutečnil 21. září.

Snímek z představení pilotované lodi Dragon

Podoba pilotované lodi Dragon (označovaná jako DragonRider nebo Dragon V2 – později z tohoto pojmenování sešlo kvůli podobnosti názvu s raketou V-2 vyvinutou v nacistickém Německu) veřejnosti známá od začátku června téhož rohu, takže nešlo o žádné překvapení. 16. září 2014 pak oznámila NASA udělení kontraktů pro vynášení astronautů dvěma společnostem. SpaceX dostal na další vývoj 2,6 miliard dolarů a Boeing pro svou loď CST-100 částku 4,2 miliardy dolarů. Cílem tehdy bylo začít vozit astronauty na stanici už v roce 2017.

Dračí motory

Jednou z nejviditelnějších inovací Crew Dragonu je už zmíněný záchranný systém. Na rozdíl od dosavadních lodí (Mercury, Apollo, Sojuz), jež využívaly tzv. záchranné věžičky, má pilotovaný Dragon záchranné motory pojmenované SuperDraco integrované přímo do vlastní kabiny. Konkrétně jich je osm a jsou umístěny po dvojicích. Každý má jednotkový tah 73 kN. V případě potřeby dokáží v mžiku dostat loď od letící rakety, jak bylo demonstrováno.

Udržování správné orientace se stará 16 motorků Draco využívajících hypergolickou směs paliva (tedy při smíšení dochází k jejich vznícení). Dvanáct jich je rozmístěných ve čtyřech skupinách po obvodu pláště – ty slouží zejména k ovládání rotace kolem všech tří os. Další čtyři motory jsou pak kolem stykovacího mechanismu zakryté ochranným krytem a slouží k větším manévrům pro změny parametrů oběžné dráhy a k brzdícímu manévru před návratem.

Test záchranného systému lodi Crew Dragon přímo ze země, při kterém jsou využívány motory SuperDraco

Všechno v návratové kabině

Kvůli vícenásobné použitelnosti umístili konstruktéři do návratové kabiny nejen záchranný systém a orientační motorky ale i všechny další důležité systémy. Trunk na místo dosud obvyklé servisní sekce (při startu umístění pochopitelně pod kabinou) má na sobě pouze chladící systém a solární články. Kvůli tomu má uvnitř prostor 37 m³ pro případný náklad, jenž snese umístění v nehermetizovaném prostoru.

Samotná loď na výšku měří 8,1 m, má průměr 4 m a prázdná váží kolem 9 525 kg (při startu s pohonnými látkami kolem 12 519 kg). Interiér kabiny má prostor 9,3 m³, na první pohled působí čistým dojmem a zaujme využitím velkých dotykových displejů. Může pojmout až sedmičlennou posádku, byť NASA hodlá využívat při všech doposud domluvených misích jen čtyři místa.

Crew Dragon s trunkem (dole se solárními články) před připevněním na nosič

Nosičem dnes již osvědčený Falcon 9

V případě nosiče volba pochopitelně padla na Falcon 9, který už vynášel nákladní lodě Dragon. Koncepčně se jedná o dvoustupňovou raketu s dnes již vícenásobně použitelným 1. stupněm. Ten pohání devět raketových motorů Merlin spalujících kombinaci kapalného kyslíku a kerosinu. Ve 2. stupni je pak jeden jediný raketový motor Merlin ve variantě pro činnost ve vakuu.

Falcon 9 byl po řadu let vyvíjen kontinuálně a prakticky by se nenašly dvě úplně stejné rakety. Něco takového v případě nosiče pro pilotovanou loď s posádkou na palubě není možné. V průběhu vývoje pilotovaného Dragonu ve SpaceX dokončili verzi rakety označovanou jako Block 5, která je uzpůsobená k vícenásobné použitelnosti, a především je brána jako konečná, respektive poslední „velká verze“.    Jedna ze zásadních změn nicméně na raketě při premiérovém startu Block 5 nebyla. A to nové nádrže se stlačeným héliem sloužící k tlakování nádrží. Jejich selhání v září 2016 vedlo ke zničení rakety s družicí přímo na rampě. NASA proto požadovala zcela nové nádrže, jež byly podrobeny opravdu pečlivému testování. Vedle toho bylo nutné v motorech použít odolnější lopatky palivových turbočerpadel, protože u nich byly v minulosti odhaleny trhlinky.

Zásadním faktorem bylo, krom jiné, při zvyšování nosnosti raket Falcon 9 podchlazování pohonných látek na co nejnižší teplotu. S takovým extrémně podchlazeným kapaným kyslíkem je ale třeba začít s tankováním zhruba jen půl hodiny před samotným startem – v případě pilotovaného lety tedy už s posádkou na palubě. SpaceX proto přišla po dohodě NASA s tím, že posádka bude nastupovat zhruba 2 hodiny před startem. V čase T-37 minut pak dochází k aktivaci programu záchranného systému a o další tři minuty později pak k onomu zahájení tankování. V případě jakýchkoliv problémů je tedy možné kabinu s posádkou v mžiku dostat od rakety.

NASA požadovala, aby bylo před prvním pilotovaným letem uskutečněno alespoň sedm úspěšných kosmických startů s novou verzí rakety za sebou. To vzhledem ke startovní „kadenci“ v podstatě nebyl žádný problém.

Řada důležitých zkoušek

Kosmická loď Crew Dragon musela samozřejmě podstoupit celou řadu dílčích i komplexnějších zkoušek. Už 6. května 2015 byl vyzkoušen záchranný systém lodi na vzletové neboli startovní rampě. V nejvyšším bodě došlo k oddělení trunku od kabiny a jejímu následnému otočení a stabilizaci. Po aktivaci padákového systému se po pouhých 99 sekundách snesla do vln oceánu. Schopnost dostat případně posádku od rakety před nebo během zážehu tak byla prokázána.

2. března 2019 bylo možné konečně přistoupit k vypuštění lodi Crew Dragon ke zkušební bezpilotní misi DM-1. Po vynesení na oběžnou dráhu následovalo několik manévrů vedoucích až k úspěšnému autonomnímu spojení s Mezinárodní kosmickou stanicí. Na palubě byla ovšem ještě jen figurína v novém obleku a 200 kg nákladu (dalších 100 kg pak loď vzala zpátky dolů). Po několika dnech se loď na pokyn oddělila a úspěšně přistála. Původně měl Crew Dragon přistávat motoricky takřka s přesností helikoptéry, ale z toho nakonec sešlo. Místo toho využívá dva výtažné a čtyři hlavní padáky.

Crew Dragon během mise DM-1 před připojením ke stanici

Bohužel pouhý měsíc poté ta stejná loď podstupovala loď plánované testy, při nichž měla připoutaná vyzkoušet záchranné motory SuperDraco. Bohužel kvůli úniku látek během tlakování došlo k výbuchu a jejímu zničení. Krom nutného vyšetřování zasáhla významně událost i další vývoj, protože měla být použita při zkoušce záchranného systému za letu. Bylo proto zapotřebí vyrobit novou.

Následovala právě zkouška záchranného systému za letu obnášející obětování rakety. Vypuštěna byla stejně, jako kdyby kosmickou loď vynášela na oběžnou dráhu. Na místo toho ale byl program upraven tak, aby v okamžiku maximálního aerodynamického zatížení klesl tah motorů. Senzory pak správně situaci vyhodnotily a následně došlo k aktivaci záchranného systému, který odnesl loď do bezpečí.

Zkouška záchranného systému lodi za letu

Nad očekávání úspěšná premiéra

Ke vskutku historické misi DM-2 lodi Crew Dragon nadešel čas po odkladu způsobeném počasí 30. května 2020. Nešlo pouze o premiéru lodi s posádkou jako takové, ale zároveň první start ryze soukromého pilotovaného prostředku na oběžnou dráhu. Navíc pro Spojené státy americké to byl vůbec první pilotovaný let od roku 2011, kdy byl ukončen provoz raketoplánů Space Shuttle. Od té doby kupovala NASA pro všechny své astronauty sedačky v ruských lodí Sojuz.

Dvoučlennou posádku tvořil velitel Douglas Hurley, mimochodem účastník poslední mise STS-135 raketoplánu, a Robert Behnken. Po jejich usazení byla sedadla zvednuta do letové polohy, aby oba měli blízko ke třem velkým dotykovým displejům. Následovala už předepsaná předletová příprava a tankování pohonných látek. Protože už nic nebránilo povolení ke startu, mohla nosná raketa Falcon 9 zažehnout všech svých devět raketových motorů. Pracovala bezchybně. První stupeň úspěšně přistál na plovoucí plošině a Crew Dragon, pojmenovaný jako Endeavour, se 12 minut od startu oddělil od 2. stupně.

Během letu ke stanici astronauti vůbec poprvé vyzkoušeli ovládání kosmické lodi přes dotykové displeje. Ty standardně ukazují jen takové informace, které v daný okamžik posádka opravdu potřebuje. V kabině je krom toho jen několik málo tlačítek, které jsou určeny pro rychlé řešení krizových situací. Samotná loď je ovšem zcela autonomní. Astronauti proto ruční řízení jen vyzkoušeli, než znovu přepnuli na automatiku. Po schválení proběhlo připojení ve zcela autonomním režimu ke stykovacímu uzlu na modulu Harmony.

Sestřih zajímavých záběrů z mise DM-1

Po třech hodinách oba astronauti po prověrkách těsnosti a srovnání tlaku vpluli do prostoru stanice, kde se setkali se stálou posádkou. V americkém segmentu byl v té době jen jeden Američan. Z toho důvodu bylo oproti plánu rozhodnuto s obou astronautů dopravených nově postavenou lodí Crew Dragon s delší životností udělat v podstatě hostující členy Expedice 63 na (v tu dobu ještě neznámou) dobu mezi 1 až 4 měsíci. Od stanice nakonec odletěli až 1. srpna. Do budoucna se počítá s 210denní životností lodí Crew Dragon u stanice.

Doprava astronautů na stanici

Další pilotovaná mise SpX Crew-1 na sebe nedala dlouho čekat. Už 16. listopadu vynesla raketa Falcon 9 další Crew Dragon pojmenovaný tentokráte jako Resilience s čtyřčlennou posádkou ve složení Michael Hopkins, Jerome Glover, Shannon Walker[ová] a Soiči Noguši. Japonský astronaut se tím stal prvním, kdo letěl na všech třech kosmických lodích, které dosud létaly na stanici. S návratem se počítá na jaře 2021.

Na rok 2021 jsou prozatím plánovány dvě pilotované mise lodi Crew Dragon. Krom nich má dojít také na první let čistě soukromého letu na Mezinárodní kosmickou stanici pro společnost Axiom Space. Na palubě má být její profesionální astronaut Michael López-Alegría a s ním trojice pasažérů. Mezi nimi má být i Tom Cruise a Doug Liman, kteří mají na stanici připravovat nový filmový projekt.

V příštím článku se budeme věnovat stále ještě vyvíjené kosmické lodi Starliner.