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

TÉMA: Start superrakety po čtvrtstoletí se blíží. Máme se na co těšit

Už na tento měsíc chystají ve SpaceX zkušební zážeh rakety Falcon 9 Heavy. Začátkem následujícího roku pak má odstartovat jako první a jediná současná super-těžká raketa.

Raketový konstruktéři zejména ve Spojených státech však už pracují na celé řadě dalších superraket, které mají člověka vrátit na Měsíc a umožnit první výpravy na Mars.

Nejtěžší současné rakety

V současné době neexistuje žádná skutečná superraketa – nejtěžší aktuální nosiče dokáží vynést řádově mezi 20 – 28 t na nízkou oběžnou dráhu, což je řadí do kategorie tzv. těžkých raket.

Delta IV Heavy při startu

Vůbec nejsilnější aktuálně provozovanou raketou je americká Delta IV Heavy s nosností až 28 790 kg na nízkou oběžnou dráhu, respektive 14 220 kg na dráhu přechodovou ke geostacionární. Oproti základním variantám nosiče Delta IV tvoří její 1. stupeň ne jeden, ale hned trojice raketových bloků. Každý z nich pohání jediný raketový motor RS-68A spalující efektivní kombinaci kapaného kyslíku jako okysličovadla a vodíku jako paliva.

Ačkoliv postranní bloky jsou technicky téměř shodné s centrálním, průběžně vytváří větší tah a rychleji spotřebují pohonné látky. Centrální stupeň tak funguje o něco déle. Po něm přichází na řadu ještě jeden stupeň zajišťující dosažení buď finální anebo přechodové oběžné dráhy.

Velké rakety nebyly potřeba

Důvod, proč se jednotlivé země i soukromníci dosud obešli bez super-těžkých nosných raket je prostý – nebyly potřeba. Připomeňme, že od vyřazení lunární rakety Saturn V vznikla jediná úspěšně letící superraketa a to Eněrgija podruhé a naposledy startující v roce 1988, která měla hrát zásadní roli zejména v rámci sovětského vojenského programu. K vynášení vojenských orbitálních stanic i ozbrojených družic v rámci tzv. hvězdných válek mělo být prostě zapotřebí o mnoho silnější raket, než byly Sojuzy, Protony a další.

Motivací pro nákladný vývoj a výrobu tzv. super-těžkých neboli superrakety byly vždy nesmírně ambiciózní programy jako pilotovaná výprava na Měsíc nebo megalomanské vojenské projekty. Výjimkou nejsou ani současné projekty těch nejtěžších kosmických nosičů, které vznikají krom jiného i pro budoucí pilotované kosmické mise, jež mají posunout člověka z nízké oběžné dráhy Země k Měsíci i Marsu.

Porovnání rakety společnosti SpaceX, zleva: Falcon 1, Falcon 9, Falcon 9 Heavy a BFR

Ačkoliv se o letu na Mars mluví už hodně dlouho, je navzdory všem překážkám dost možné že člověk jeho povrchu v první polovině tohoto století skutečně dosáhne. Nejdříve však budou muset vědci a technici zodpovědět spoustu otázek jako především jak ochránit člověka před radiací během takové cesty i na samotném povrchu rudé planety.

U supertěžkých nosičů můžeme až na pár výjimek prakticky vyloučit zájem ze strany soukromých společností pro vynášení jejich družic. Těm dostačují pro vynášení družic současné středně-těžké a těžké nosiče jako Sojuz-2, Ariane 5 a řada dalších.

Falcon 9 Heavy: První superraketa po dlouhé době

Pro pilotované lety dál než na nízkou oběžnou dráhu se však bez těžkých a super-těžkých nosičů prostě neobejdeme. V současnosti nejhlasitější propagátor cesty na Mars Elon Musk proto ve své společnosti SpaceX vyvíjí hned dvě superrakety, se kterými aktuálně počítá pro komerční oblet Měsíce a v budoucnu pro výstavbu základy na Měsíci i první pilotované lety na Mars.

Vizualizace Falcon 9 Heavy na startovací rampě

První a menší z nich, Falcon 9 Heavy, využívá spražení tří prvních stupňů Falconu 9. Při startu tak bude pohánět hned 27 raketových motorů Merlin 1D. Udávaná nosnost 63 t (při jednorázovém využití) na nízkou oběžnou dráhu i startovací hmotnost přes 1 400 t udělají z Falconu 9 Heavy vůbec nejtěžší kosmickou raketu současnosti a historicky celkově třetí nejsilnější raketu, co se týče nosnosti. Více v historii dokázaly vynést pouze (neúspěšné nosiče nepočítaje) lunární superraketa Saturn V a sovětská superraketa Eněrgija. Při startu pak více vážil ještě americký raketoplán Space Shuttle, ale ten dokázal krom „sám sebe“ vynést „jen“ kolem 27 t nákladu.

Oproti všem předchozím raketám bude moci Falcon 9 Heavy využívat vícenásobné použitelnosti u všech tří raketových bloků, které se mají po dohoření vracet zpátky atmosférou a zcela autonomně přistávat tak jako už nyní přistávají 1. stupně rakety Falcon 9. Úsporu přitom SpaceX nehledá jen po ekonomické stránce ceny za jeden takový raketový stupeň ale také v ušetření výrobní kapacity mnoha takových raketových stupňů za rok. Výrobní kapacitu proto může chytře využít pro stavbu nových typů raket, zatímco společnost bude nadále vydělávat na komerčních startech vícenásobně použitelných raket.

Na Měsíc i na Mars

V září představil Elon Musk ještě větší („aktualizovanou“) raketu známou pod zkratkou BFR (Big Falcon Rocket), která má umožnit pilotované mise na Mars i celou řadu dalších pilotovaných i nepilotovaných misí napříč celou Sluneční soustavou, které byly dosud prakticky neuskutečnitelné.

Výška 106 m, průměr 9 m a především startovní hmotnost 4 400 t dávají tušit, že BFR v podstatných parametrech předčí všechny doposud postavené kosmické rakety. Na nízkou oběžnou dráhu má být schopna dopravit kolem 150 t při vícenásobném využití, případně až kolem 250 t při jednorázovém použití.

BFR na představujícím videu ještě z roku 2016 (s přetankováním vedle sebe už se nepočítá)

O pohon 1. stupně se má starat celkem 31 raketových motorů Raptor spalujících kapalná kyslík jako okysličovadlo a metan jako palivo. Důvodem pro použití právě této kombinace je plán vyrábět obě látky přímo na Marsu, aniž by se musely dopravovat ze Země. 2. stupeň pak tvoří samotná kosmická loď o délce 48 m vážící 85 bez a 1 335 t s palivem, jejíž pohon má zajišťovat sedm motorů Raptor (4 optimalizované pro činnost ve vakuu a 4 optimalizované pro činnost u hladiny moře).

Kosmická loď sama o sobě má být schopna přistávat jak na zemském povrchu, tak na Měsíci i Marsu. Při vstupu do atmosféry má využívat taktéž vícenásobně použitelný ochranný štít a finální fáze brždění a přistání má probíhat raketově jako je tomu u již zmíněných Falconů 9. Právě raketové přistání má tu výhodu, že loď může přistávat stejně jak na Zemi, tak na Měsíci nebo Marsu, kde je podstatně menší hustota atmosféry vylučující přistání na padácích.

Málo známý New Glenn

S mnohem menší pozorností médií a veřejnosti pracují na nové superraketě ve společnosti Blue Origin. Ta má ač si to málokdo uvědomuje s vývojem vícenásobně použitelných raket dlouhé zkušenosti. Ještě na počátku devadesátých let totiž NASA a DARPA zkoušela prototyp rakety Delta Clipper, která vertikálně startovala i přistávala. Po jednom tvrdším přistání došlo k požáru a raketa shořela. Následně bylo rozhodnuto o ukončení projektu. Část konstruktérů přešla v roce 2000 pod nově vzniklou Blue Origin založenou miliardářem Jeffem Bezosem a ve vývoji vícenásobně použitelných raket se pokračovalo.

Blue Origin o sobě dosud nejvíce dávala vědět v souvislosti se suborbitální vícenásobně použitelnou raketou New Shepard (pojmenovanou po prvním americkém astronautovi Shepardovi, který v květnu 1961 uskutečnil v kabině Mercury právě suborbitální let). Ta dokáže dosáhnout výšky přes 100 km, kam má od příštího roku dopravovat kabinu i s astronauty, posléze i platícími pasažéry – „kosmickými turisty“.

Především ale v Blue Origin pracují na super-těžké raketě pojmenované jako New Glenn (Glenn byl první americký astronaut, který v kabině Mercury dosáhl oběžné dráhy). Na rozdíl od raket společnosti SpaceX kolem ní není tolik pozornosti – jednak protože Jeff Bezzos je spíše skoupý na slovo, protože to možná ani nepotřebuje – vývoj může financovat ze svého. A druhak protože s raketou nejsou v médiích spojovány konkrétní cíle v podobě budování základen na Měsíci, pilotovaném letu k Marsu nebo snad cestování mezi kontinenty.

Přesto New Glenn bude patřit mezi vůbec nejtěžší postavené kosmické rakety. Na výšku má měřit kolem 60 m, při startu vážit kolem 1 000 t a především má dokázat ve třístupňové variantě vynést kolem 45 t nákladu na nízkou oběžnou dráhu. To se sice může zdát málo, nikoliv však u vícenásobně použitelné rakety - vícenásobná použitelnost sebou pochopitelně nese navýšení hmotnosti konstrukce a především pak pohonných látek nutných k návratu, brždění a konečně k motorovému přistání atd. apod.

New Glenn má podle současných plánů startovat ne dříve, než v roce 2020. Jak bude úspěšná, však ukáže ještě čas. Ačkoliv má společnost Blue Origin velké zkušenosti s vývojem vícenásobně použitelných raket i motorovým přistáním, ještě nikdy nevyrobila nosič, který by vynesl náklad na oběžnou dráhu kolem Země.

Superraketa pro NASA

Zkušenosti s provozem superraket naopak má americká NASA. Už v šedesátých letech vyvinula s pomocí řady soukromých společnosti lunární superraketu Saturn V a mezi roky 1981 až 2011 provozovala raketoplán Space Shuttle se startovací hmotností přes 2 000 t.

Navrhovaný vývoj rakety SLS

NASA zahájila vývoj vlastní nové superrakety už před více než deseti lety v rámci programu Constellation se snahou alespoň částečně využít technologie a infrastrukturu z programu raketoplánu. Předpokládalo se, že vzniknou dvě rakety – jedna menší Ares I pro vynášení posádek na oběžnou dráhu a druhá podstatně větší Ares V pro vynášení těžkých nákladů. Následné zrušení programu Constellation ovšem zasáhlo také vyvíjené kosmické rakety a v roce 2010 došlo k rozhodnutí vyvíjet jen jednu super-těžkou raketu pro vynášení pilotovaných kosmických lodí i posádek.

Vizualizace letící rakety SLS

V současné době tak NASA pracuje na jediné raketě pojmenované jako SLS (Space Launch System). Ta je charakteristická mohutným oranžovým kyslíko-vodíkovým stupněm poháněným čtveřicí raketových motorů a dvojicí bílých startovacích raketových motorů na tuhé pohonné látky. Postupným vylepšováním nosiče a použitím různých horních stupňů pak chtějí konstruktéři postupně zvyšovat nosnost z plánovaných 70 t na nízkou oběžnou dráhu až na 130 t.

A co Rusko?

Logicky vystává otázka, kterou si musí pokládat nejen každý příznivec kosmonautiky: Jakou raketu chystá Rusko. Odpověď je poměrně snadná – aktuálně žádnou.

Raket řady Angara vzniklo za čtvrtstoletí dvě. Z plánů na vývoj těžších variant s nosností v rozmezí 35 – 50 t nakonec sešlo. Zajímavé je, že Angara nakonec nebude využita ani jako nosič pro chystanou kosmickou loď Federacija, pro kterou má vzniknout jinak konfigurovatelný nosič označovaný jako Sojuz-5 s nosností řádově do 30 t na nízkou oběžnou dráhu.

Do budoucna by pak rádi Rusové vyvinuli také novou superraketu ať už na základě Sojuzu-5 nebo také s raketovými motory na metan. Jak se ovšem celá věc vyvine je doslova ve hvězdách, protože pro případnou kosmickou stanici u Měsíce nebo dokonce na Měsíci by bylo zapotřebí pro přímý let podstatně silnějšího nosiče.

Diskuse ke článku TÉMA: Start superrakety po čtvrtstoletí se blíží. Máme se na co těšit

Neděle, 24 Prosinec 2017 - 16:52 | Jirka1 | Nejsem si tou létající N1 s moderním řízením...
Pátek, 22 Prosinec 2017 - 12:15 | Jan | To je pravda, většinu práce dělají lidi pod ním a...
Pátek, 22 Prosinec 2017 - 12:04 | Jan | Milý Petře, Muskovi naštěstí půčují soukromě...
Pátek, 22 Prosinec 2017 - 09:55 | thr | Tady jde obecně o možnost reakce systému a zpětné...
Pátek, 22 Prosinec 2017 - 09:45 | thr | Problém SpaceShuttlu byl v tom, že se z řady...
Pátek, 22 Prosinec 2017 - 09:13 | Petr Pavlata | Jenže dynamika je taková, že za 20 let bude na...
Pátek, 22 Prosinec 2017 - 06:37 | Gath G | Tak návrh FH je spíš z nouze cnost, a navíc se...
Pátek, 22 Prosinec 2017 - 06:35 | Gath G | "Říkám to jako znalec světové ekonomiky a...
Pátek, 22 Prosinec 2017 - 06:30 | Gath G | Nejsem si jist, že je fér v tomhle směru mluvit o...
Pátek, 22 Prosinec 2017 - 06:15 | Gath G | "Každý takový ohňostroj je v situaci, v níž...

Zobrazit diskusi