Starship | Svět2000

Falcon, Starship a Starlink: Shrnutí minulých, současných a budoucích úspěchů SpaceX

23. 1. 2024 Tomáš Pokorný 1 komentář 5 min read 1204 Zobrazení Falcon, Falcon Heavy, SpaceX, Starlink, Starship

Exkluziv Nové Technologie TOP 10 Věda Vesmír

Vloni společnost SpaceX provedla 96 startů raket Falcon a Falcon Heavy, kromě toho dvakrát vypustila systém Starship. Rodina Falconů překonala rekord Sojuzu jako nosná raketa s největším počtem misí v období 365 dnů (více než šedesát misí), i když v roce 2022 již překonala rekord, který sovětský Sojuz-U vytvořil v roce 1979 se 47 misemi za kalendářní rok, píše Daniel Marín na svém blogu Eureca, věnovanému vesmíru.

Všechny starty Falconu v roce 2023 byly úspěšné, stejně jako návraty jednotlivých stupňů a Falcon Heavy, který v roce 2023 uskutečnil pět misí, již vynesl na oběžnou dráhu více užitečného nákladu než 13 startů Saturnu V.

Když už mluvíme o užitečném zatížení, společnost SpaceX umístila na oběžnou dráhu téměř 80 % všech užitečných nákladů vypuštěných na celém světě (hlavně v Číně, protože v roce 2023 proběhlo jen málo těžkých startů od jiných států nebo organizací). I když je pravda, že drtivou většinu této hmotnosti tvořily družice Starlink.

Jak jsme již uvedli, všechny stupně Falconu úspěšně přistály – s výjimkou jaderných stupňů Falconu Heavy, které nebyly připraveny k opakovanému použití. Stupeň B1058 překonal rekord v opakovaném použití s 19 misemi.

Tato čísla je důležité strávit, protože stupeň B1058 uskutečnil oněch 19 misí za pouhé tři roky, a neměli bychom zapomínat, že existuje mnoho nosičů, které za svou kariéru tolikrát neodstartovaly (například čínský CZ-5 má na kontě deset startů od roku 2016). Takže pouze B1058 za svou kariéru vynesl na oběžnou dráhu 860 družic a 260 tun nákladu.

Díky SpaceX vypadá dosažení těchto čísel snadné a člověk má dojem, že si etapy vymýšlí už desítky let, ale nezapomínejme, že první úspěšné přistání nosné rakety Falcon 9 se uskutečnilo teprve před více než osmi lety. A teprve v březnu 2017 se jí podařilo znovu použít stupeň.

Od té doby společnost SpaceX uskutečnila 262 přistání (205 úspěšných přistání na pobřežních lodích). 188 úspěšných přistání celkem a 269 úspěšných startů v řadě. A tempo startů je tak rychlé, že v době, kdy budete číst tyto řádky, budou výše uvedená čísla s největší pravděpodobností zastaralá.

Nejbližším cílem společnosti SpaceX nyní je, aby každý stupeň vydržel až čtyřicet misí bez drastických revizí a nezapomínejme na spolehlivost. Ačkoli se jí nedaří pravidelně je zachytávat před dopadem na hladinu oceánu pomocí obřích síťových člunů, SpaceX je nadále sbírá z moře a znovu používá a nashromáždila již více než 300 opakovaných použití cívek. Podle SpaceX jí každé zpětné využití ušetří 6 milionů dolarů (cca 136 502 000.- Kč). Na jeden start to není mnoho, ale když jich máte desítky, úspora je značná.

Na druhou stranu SpaceX pokračuje v zavádění drobných změn Falconu 9 a v roce 2023 jsme se při některých misích dočkali použití nové trysky druhého stupně Merlin 1DVac. Je kratší a neefektivní, ale levnější.

Společnost očekává, že do roku 2024 uskuteční více než 150 startů, takže je velmi důležité zkrátit dobu zpracování každé mise. V tomto ohledu trvalo při třetí orbitální misi společnosti SpaceX v roce 2024 (mise Starlink 6-35) mezi přesunem rakety na rampu a jejím startem pouhých 6 hodin a 33 minut. SpaceX doufá, že do konce roku bude konečně schopna vypustit dvě rakety Falcon 9 z jedné rampy během 24 hodin.

Hlavním nákladem Falconu 9 zůstane Starlink. Je to logické, protože potenciální zisky v telekomunikačním sektoru jsou mnohem vyšší, než jakých může dosáhnout společnost, která se věnuje pouze startům do vesmíru, a to i v případě, že máte tolik misí jako SpaceX. A to je hlavní důvod, proč se velké společnosti jako Lockheed Martin nebo Boeing nikdy vážně nezabývaly vývojem revolučních nosných raket, protože potenciální zisky jsou jen nepatrným zlomkem toho, co mohou vydělat například na většině vojenských zakázek.

SpaceX se samozřejmě snaží získat přízeň americké vlády i tím, že jí dá k dispozici tuto téměř nezničitelnou satelitní komunikační síť a její vojenskou verzi Starshield. SpaceX loni představila větší a těžší družice Starlink V2 Mini se dvěma solárními panely a motory na bázi argonu s Hallovým efektem, které oproti předchozí generaci zdvojnásobují kapacitu (z 80 terabitů za sekundu na 160 TB/s).

Starlink navíc využívá více než devět tisíc laserových spojů mezi satelity, což umožňuje propojení jednotek vzdálených až 3 000 kilometrů a přenosy 100 GB/s na každém spoji. Společnost SpaceX již připravuje čtvrtou generaci terminálů Starlink. Továrna Starlinku v Bastropu je již v provozu a první testy přímé komunikace s mobilními telefony bez potřeby speciálních terminálů začaly počátkem roku 2024. Šířka pásma je velmi malá, řádově 7 MB/s na buňku satelitního pokrytí, která má být rozdělena mezi uživatele v oblastech o průměru stovek kilometrů, ale pro textové zprávy z odlehlých oblastí postačuje.

Rok 2023 byl pro Starship kritickým rokem a systému se podařilo dvakrát vzlétnout. Musk konečně vysvětlil, proč musel být S25 během mise IFT-2 zničen jen několik sekund před plánovaným vypnutím motorů. S25 začal vypouštět kapalný kyslík, aby snížil svou hmotnost a lépe simuloval podmínky mise s užitečným zatížením, ale kyslík nakonec způsobil požár, když se smísil s metanem a aktivoval se FTS.

Paradoxní je, že kdyby nesla užitečné zatížení, nebylo by nutné tento přebytečný kapalný kyslík likvidovat. Při misi IFT-3 je cílem dosáhnout oběžné dráhy (nebo okrajově orbitální trajektorie) a provést brzdicí zážeh s využitím hlavových nádrží, jakož i otestovat přenos pohonných látek pro program Artemis a otestovat bránu užitečného zatížení pro starty Starlinku V2/V3 se Starshipem. Oficiálně byla také potvrzena výstavba druhé startovací věže v Boca Chica, aby bylo možné zvládnout vysokou poptávku po startech, zejména pokud bude jedna z ramp dočasně mimo provoz kvůli „explozivnímu startu“, jako při první misi, nebo kvůli modernizaci.

SpaceX chce do roku 2024 několikrát vypustit největší raketu, jaká kdy byla postavena. Podle Muska „je lepší obětovat hardware než čas“ a sdělil, že navrhují verzi 3 hvězdné lodi s větší výškou: 140–150 metrů místo 120 metrů a s tahem při startu, který bude být trojnásobkem Saturnu V. Muskovým cílem je vynést na nízkou oběžnou dráhu jeden milion tun ročně, z čehož 200 000 tun by dosáhlo povrchu Marsu, což je minimální množství pro zajištění účinné kolonizace (nebudu zde analyzovat výzvy, které s tím souvisí).

Je také třeba připomenout, že SpaceX je jedinou společností, která pravidelně provozuje pilotovanou kosmickou loď, ačkoli jejím hlavním zákazníkem zdaleka zůstává NASA a kosmické agentury z jiných zemí. Flotila kosmických lodí Dragon s posádkou a nákladem se již s ISS spojila vícekrát než raketoplán a na oběžné dráze strávila kumulativně více času než všechny raketoplány dohromady v letech 1981 až 2011, což je rekord, který není příliš obtížné překonat, uvážíme-li, že raketoplán dokázal na oběžné dráze strávit sotva dva týdny.

Od května 2020 vynesly Crew Dragony na oběžnou dráhu 42 lidí a SpaceX již dokončila přístupové rameno pro posádku na rampě SLC-40 na mysu Canaveral, takže již má druhou doplňující rampu 39A na KSC pro starty s posádkou.

Letošní mise Polaris Dawn také otestuje první vesmírný oblek SpaceX během prvního samostatného výstupu Crew Dragonu do vesmíru. V tomto smyslu rakety Falcon a kosmická loď Dragon dosáhly cíle, který raketoplán nikdy nemohl splnit: rutinně vynášet náklad a lidi do vesmíru pomocí částečně opakovaně použitelného systému, který umožňuje snížit náklady.

SpaceX Elona Muska staví nejvýkonnější raketu všech dob, unese všechno

2. 8. 2022 Adam Walko 5 min read 370 Zobrazení Falcon Rocket, SpaceX, Starship

Technologie Zajímavosti

V srpnu společnost SpaceX dokončila instalaci 29 motorů Raptor v Boca Chica v Texasu na prototyp Super Heavy raketového posilovače, který byl krátce integrován s prototypem kosmické lodi Starship. Znovupoužitelný dvoustupňový transportní systém, dříve známý jako Big Falcon Rocket (BFR), je vytvářen pro vypouštění masivního nákladu na nízkou oběžnou dráhu Země a také pro lety do hlubokého vesmíru, především na Měsíc a Mars. Lenta.ru napsal o kombinaci supertěžké rakety a kosmické lodi zvané také Starship, kterou vyvíjí společnost obchodníka a inženýra Elona Muska.

Musk začal mluvit o potřebě vytvořit znovupoužitelný transportní systém určený pro kolonizaci Marsu již poměrně dávno – téměř před 20 lety. Konkrétní realizace deklarovaných plánů ve SpaceX však začala teprve zhruba před pěti lety, kdy se společnosti za prvé podařilo úspěšně přistát s prvním stupněm střední (tehdy) nosné rakety Falcon 9 a za druhé začala vyvíjet nový Raptor raketový motor.

Koncepce opakovaně použitelného transportního systému doznala v posledních letech několika změn, zejména z hlediska deklarované nosnosti, počtu použitých motorů a konstrukčních materiálů rakety. Pokud SpaceX dotáhne svůj plán do konce, skupina Super Heavy a Starship se stane největší a nejvýkonnější a nejvíce uměle vyrobený raketomet, jaký byl kdy vyroben, překonávající supertěžké nosné rakety jako Saturn V, Energia a Falcon Heavy. Zejména se očekává, že v režimu pro opakované použití bude Starship schopna vypustit až 150 tun užitečného nákladu na nízkou oběžnou dráhu Země a až 250 tun ve spotřebě, stojící před nimi, už dnes vypadá řešitelně.

Nový úděl

V současné době se Starship vyznačuje použitím několika technických řešení, která budou určovat nejprogresivnější trendy vývoje raket v nadcházejících desetiletích.

Za prvé, motory Raptor používané na posilovači Super Heavy a samotné vesmírné lodi Starship běží na kapalný metan a kyslík. Na rozdíl od palivových párů petrolej-kyslík a vodík-kyslík, použití metanu a kyslíku v opakovaně použitelné pohonné jednotce téměř nevytváří uhlíkové usazeniny, což usnadňuje její bezpečnost a údržbu po spuštění. SpaceX říká, že Raptor má nejvyšší poměr tahu k hmotnosti ze všech typů pohonných jednotek, které kdy byly na světě vyrobeny.

Zadruhé, opakovaně použitelný transportní systém pravděpodobně dostal extrémně účinný řídicí systém, umožňující Starship nejen manévrovat ve vzduchu, ale také používat asi tři desítky motorů Raptor najednou. Za těchto okolností přiznává i sám Musk , podle kterého právě nedostatek adekvátního řídicího systému způsobil selhání sovětské supertěžké rakety N-1 s 30 motory NK-15 v prvním stupni.

Za třetí, pro vertikální přistání dostal Super Heavy, stejně jako první stupeň těžké rakety Falcon 9, speciální mechanismy, především přistávací nohy a příhradové stabilizátory. Zatím není jasné, zda se příhradové stabilizátory Super Heavy složí stejně jako Falcon 9 prvního stupně.

A za čtvrté, vytvoření Starship, stejně jako Falcon 9, se vyznačuje iterativním přístupem, ve kterém jsou technická řešení použitá při návrhu rakety přímo ověřena provedením fyzického testu prototypu navrženého produktu. Tento způsob vývoje implikuje přítomnost mnoha experimentálních poruch, které umožňují získat v relativně krátkém čase maximum cenných informací, které nelze v rozumném čase získat simulací na superpočítači.

Právě použití iterativního přístupu odlišuje SpaceX od svých nejbližších a méně úspěšných amerických konkurentů – Blue Origin, United Launch Alliance (ULA) a Northrop Grumman a přibližuje ji německým, sovětským a americkým raketovým vědcům ze 40.–60., jehož vývoj je zásadně novými produkty, byly vždy doprovázeny řadou neúspěšných testů.

Nová rodina

V budoucnu Starship slibuje několik úprav. Jeden z nich, Starship Human Landing System (HLS), je lunární lander s financováním podporovaným NASA. Náklady na odpovídající kontrakt, který zahrnuje vývoj a výrobu hvězdné lodi HLS a také jeden bezpilotní a jeden pilotovaný let na Měsíc, jsou 2,9 miliardy dolarů. Podle Muska budou první přistávací moduly na Měsíci na jedno použití a zůstanou na povrchu přirozené družice Země jako základny navštěvované astronauty.

Další modifikace Hvězdné lodi, na které pracuje SpaceX, vzniká v zájmu amerického letectva (Air Force). V rámci programu Rocket Cargo plánuje americká armáda použít opakovaně použitelný dopravní systém pro vysokorychlostní doručování zboží po celé Zemi. Na jeden start je plánováno dodání 80 tun vojenské techniky a techniky, což je srovnatelné se schopnostmi strategického vojenského transportního letounu C-17 Globemaster III.

Partnerem SpaceX v projektu Rocket Cargo je Exploration Architecture Corporation (XArc), společnost specializující se na výstavbu raketových a vesmírných infrastrukturních zařízení. Speciálně pro Rocket Cargo se plánuje výstavba dvou námořních kosmodromů, které na počest přirozených satelitů Marsu již dostaly jména Phobos a Deimos.

Myšlenka využití Starship pro mezikontinentální lety na Zemi je ve SpaceX zvažována v rámci doručování lidí – podle prezidentky a COO společnosti Gwynne Shotwell budou náklady na letenku na takový let dražší než ekonomika, ale levnější než business třída pro transatlantickou leteckou dopravu (několik tisíc dolarů) . Při jednom startu bude opakovaně použitelný dopravní systém v rámci planety schopen přepravit asi sto cestujících.

Nové statistiky

První orbitální let boosteru a vesmírné lodi Starship může být uskutečněn již letos, k čemuž bude SpaceX potřebovat povolení od amerického Federálního úřadu pro letectví. Neúspěšný test bude pro americkou společnost další užitečnou lekcí a dalším důvodem k posměchu a obviňování ze strany nepřátel. Pokud bude let úspěšný, pak se SpaceX v budoucnu pokusí vypustit satelity globálního systému Starlink s pomocí Starship.

Do vesmíru byly zatím vyslány necelé dva tisíce takových zařízení, přičemž celkem se plánuje vypuštění minimálně 12 tisíc. Není pochyb o tom, že využití schopností Starship umožní SpaceX nejen dokončit nasazení Starlinku v krátké době, ale také shromáždit statistiky o úspěšných startech opakovaně použitelného transportního systému.

Zdroj: Lentar