Plánuje SpaceX znovupoužití horního stupně Falconu?
Elon Musk na Twitteru nečekaně oznámil, že SpaceX se pokusí o návrat horního raketového stupně pomocí obřího balónu. Výhodou balónu podle něj je, že dokáže udržet tvar ve všech rychlostech včetně nadzvukové a snižuje balistický koeficient o dva řády. To znamená, že umožňuje výrazné zpomalení jen pomocí aerodynamického odporu. Musk nespecifikoval, jaký balón má přesně na mysli a jak by byl použit, ale spekuluje se o brzdicím balónu (“ballute”), který se používá například pro zpomalování bomb shazovaných z letounů. Takový balón je optimalizován pro velké nadmořské výšky a nadzvukové rychlosti.
Zatím není jasné, kdy má dojít k prvnímu použití balónu, ale neočekávejte jej během mise TESS. Při ní se totiž horní stupeň vůbec nevrátí na Zemi.
And then land on a bouncy house
— Elon Musk (@elonmusk) April 16, 2018
Yeah, but great for creating a giant object that retains its shape across all Mach regimes & drops ballistic coefficient by 2 orders of magnitude
— Elon Musk (@elonmusk) April 15, 2018
Není to poprvé, co Elon projevil zájem vyvinout znovupoužitelný horní stupeň rakety Falconu. V minulosti naznačoval, že při demonstrační misi Falconu Heavy by mohlo dojít k nějakému pokusu o záchranu horního stupně, ale nakonec z toho nic nebylo. Prezidentka SpaceX Gwynne Shotwell pak ale loni prohlásila, že SpaceX nakonec neplánuje horní stupeň Falconu znovu použít. V roce 2018 podle ní mají být provedeny experimentální přistání do vody v zájmu získání dat.
Letoun F-111 shazující bomby s brzdicími balóny (Foto: USAF)
Po prvním Elonově tweetu se tedy mělo za to, že záchrana stupně se neplánuje a Elon jen mluví o blížících se experimentech se zpomalením stupně či přistáním do vody. Následný Elonův tweet však naznačil, že možná přeci jen došlo ke změně plánů a SpaceX nakonec opravdu bude usilovat o znovupoužití horního stupně raket Falcon. Elon totiž dodal, že horní stupeň “přistane na skákacím hradě”. Je vám to povědomé? To proto, že SpaceX původně plánovalo s aerodynamickými kryty přistávat na něčem, co Elon nazval skákacím hradem. Tento plán však byl nakonec nahrazen lodí Mr. Steven s obří sítí. Je však možné, že firma se ke konceptu přistání na jakési nafukovací plošině vrátila v rámci projektu záchrany horního stupně. Nebo si z nás Elon taky dělá legraci…
AKTUALIZACE: V dalším tweetu Elon naznačil, že k přistání by mohla být použita loď podobná Mr. Stevenovi, který se používá na zachytávání aerodynamických krytů:
We already do targeted retro burn to a specific point in Pacific w no islands or ships, so upper stage doesn’t become a dead satellite. Need to retarget closer to shore & position catcher ship like Mr Steven.
— Elon Musk (@elonmusk) April 16, 2018
Záchrana horního stupně obecně není procházka růžovým sadem. Ve starším článku jsem podrobněji rozebíral, proč je přistání horního stupně tak náročné a jak by mohlo být řešeno. Motorické přistání by pravděpodobně vyžadovalo výrazné modifikace horního stupně, což by podle mě nemělo smysl vzhledem k ceně horního stupně (nejspíš méně než 20 % ceny celé rakety) a blížícímu se BFR. Pokud však SpaceX vymyslelo nějakou relativně jednoduchou a levnou metodu, která zahrnuje balón a “skákací hrad”, smysl by to už mít mohlo. Ostatně, rakety Falcon nepůjdou do důchodu ještě pěkných pár let a SpaceX bude v následujících letech potřebovat provést opravdu velké množství startů kvůli své konstelaci Starlink. V situaci, kdy všechny ostatní části Falconu jsou znovupoužitelné, by výroba horních stupňů mohla představovat úzké hrdlo a také zbytečně zvyšovat fixní náklady na každý start.
Každopádně z Elonových prohlášení a dřívějších plánů je evidentní, že prostě chce dosáhnout kompletní znovupoužitelnosti Falconů. Jakmile se rozjede opakované používání aerodynamických krytů, horní stupeň bude jedinou větší částí rakety, kterou bude možné použít jen jednou. A to asi Elonovi nedává spát. 🙂
Záchranu horního stupně Falconu 9 si SpaceX v roce 2011 představovalo takto:
Podpořte projekt ElonX
- Mise Starlink 6-76 - 23. 11. 2024
- Mise Starlink 12-1 - 20. 11. 2024
- Mise Starlink 9-13 - 19. 11. 2024
Nevíme jak velké jsou rozdíly mezi Merlin 1D verze normální a pro vakuum? Motory jsou nejdražší části rakety (jak nám prezentuje ULA se svým nápadem chytat je vrtulníkem) a pokud by byly rozdíly dost malé, mohly by v budoucnu začít porcovat oblítané 1. stupně na motory pro druhé stupně na jedno použití. Ale záleželo by to na tom zda by to bylo proveditelné a dávalo smysl z ekonomického pohledu a na tom zda by to bylo bezpečné.
Normální a vakuová verze se hodně liší. Údajně to jsou v podstatě úplně jiné motory a není možné z vakuového udělat normální a naopak.
Můj osobní názor je ten, že SpaceX pomalu ubývá náklad, tak se snaží rozšířit svoje pole působnosti a současně místo jedné rakety nabízet x variant služby vynesení nákladu. Ne že by to tak už částečně nebylo, ale podle mě to chtějí posunout ještě dál.
V praxi bych to viděl tak, že si zákazník zadá hmotnost a dráhu a z toho mu přesně vypadne cena podle náročnosti. Ta se pak bude odvíjet od toho, jak bude celý let probíhat. Nejlevnější varianta bude návrat prvního stupně na pevninu, návrat druhého stupně, návrat krytu. Naopak nejdražší bude nosič pro jednorázové použití. Dále předpokládám dvě verze krytu a rovněž nabídku prodloužené verze druhého stupně. Myslím si, že to je něco, co posune dál hlavně F9H.
Takže ve skutečnosti výše popsaný scénář bude zahrnovat i F9H a bude hodně zajímavé sledovat jaké konfigurace a za jakou cenu vzniknou. Myslím si, že v praxi se počet variant snadno přehoupne přes deset. Je otázkou, zda se vůbec objeví varianta F9E a nebo bude rovnou nabízena F9H a až pro nejtěžší náklady bude nabízena varianta F9HE či F9HFE.
Rozhodně si myslím, že dneska má SpaceX docela velký náskok nad konkurencí a bude se snažit stáhnou náklady od všech zájemců pro sebe, protože potřebuje co nejvíce startů, aby umořili náklady na vývoj a aby mohli platit náklady na vývoj a testování BFR.
Jinak já osobně si myslím, že začali řešit znovupoužitelnost druhého stupně mimo jiné díky tomu, že chtějí spustit Starlink, ale to datum je docela šibeniční, takže nemůžou čekat na BFR a víme jaké zpoždění bylo u F9H. Takže toto je jedna z cest jak vše jednak stihnout a jednak na tom ještě ušetřit.
Já si myslím opak. Z provozního hlediska je o dost lepší/rychlejší/levnější/flexibilnější mít co nejméně různých variant, což je trend evidentní i u SpaceX. Už dávno mohli mít Falcon 1/5/9/Heavy pro různé náklady + různé velikosti krytu, ale místo toho mají v podstatě jednu raketu s jednou velikostí krytu, protože je to praktičtější. Stejně tak měly být dvě verze nového Dragonu a vypadá to, že i pro mise bez posádky bude nakonec používán v podstatě klasický Crew Dragon.
Takže myslím, že SpaceX bude výhledově nabízet jen Falcon 9 B5 pro malé a středně těžké náklady a k tomu Falcon Heavy pro nejtěžší mise, které by F9 nezvládl vůbec, nebo ne se záchranou stupně. Obě rakety i Dragon pak nahradí BFR a hotovo.
Pozor, hardware bude stejný, jen se bude používat několika různými způsoby. Prodloužená verze druhého stupně možná bude právě souviset s tou znovupoužitelností a ten větší kryt bych očekával z důvodu vysoké nosnosti F9H (No a možná taky proto, že si SpaceX bude chystat klientelu pro BFR). Jde hlavně o to, že pro SpaceX bude nejvýhodnější přistání na pevnině a přistání druhého stupně a to bude za nejnižší cenu. Vyšší cena bude v případě přistání na vodě. Ještě vyšší cena bude pokud nepůjde dostat dolů druhý stupeň atd.
A jinak proto taky hned na začátku píšu o nabízení různých variant služby, nikoliv rakety.
Aha, tak to jsem to špatně pochopil. Nicméně s tím asi taky úplně nesouhlasím. SpaceX nechce, aby zákazník řešil přistání stupňů, záchranu krytu nebo jestli je stupeň nový, či použitý. Prostě bude v podstatě jedna cena za F9 a jedna cena za FH jako to je teď, akorát tam bude přísněji určeno, že F9 lze použít jen do toho a toho maxima, které bude definováno nosností rakety se záchranou stupně. A cokoli nad touto hranicí prostě půjde vynést jen na FH za vyšší cenu. Expendable mise u F9 budou velmi vzácné, ale nebudou dražší/levnější než normální. Ve výsledku se ty náklady pro SpaceX prostě zprůměrují a cena bude jednotná.
Pokud SpaceX vyvine druhou variantu krytu a nerozhodne se spolu s tím ukončit výrobu toho stávajícího, tak tam samozřejmě vznikne možnost volby podle toho, co se pro daný náklad hodí více, ale na cenu pro zákazníka to mít vliv podle mě nebude (nebo jen zanedbatelnou). Stejně tak znovupoužitelný druhý stupeň maximálně plošně zlevní obě rakety.
Takže ano, zákazník řekne: “Mám tu 4tunový satelit na GTO.”, ale SpaceX řekne jen: “OK, vyneseme to na F9.”, ale tím to končí. Jestli SpaceX pak přistane na ASDS, pevnině, nebo vůbec, už nemá vliv. Nevidím důvod, aby to bylo jinak. Výjimkou budou jen extrémně náročné mise, které bude možné provést jen s Falconem Heavy v režimu bez záchrany stupňů (nebo jen částečnou). Ty budou pro zákazníka dražší, ale myslím, že budou velmi vzácné, takže to bude výjimečná situace (jestli někdy nastane), ale nebude to běžná ceníková položka.
Já nepíšu o tom, co bude na webu SpaceX, ta cena je tam jen proto, aby tam nějaká cena byla a s realitou to nijak nesouvisí. Já si naopak myslím, že zákazník přijde a řekne potřebuji x kg na dráhu y a SpaceX mu podle tabulky dá cenu. Samozřejmě tam budou jasná rozpětí odkud kam platí jaká cena. Ony se totiž stále ještě družice stavějí podle toho čím poletí a podle toho se i řeší jejich hmotnost a rozměry. Takto SpaceX dá zákazníkům jasné vodítko, co a kam za kolik vynese. V opačném případě by totiž došlo k tomu, že by firmy šly na maximum a SpaceX by to stejně muselo řešit. Samozřejmě cenové rozdíly nebudou nijak velké, budou to podle mě jednotky M až maximálně desítky. Podle mě pokud se osvědčí Block 5 (7), tak asi bude snaha se zcela vyhnout expendable verzi a z F9 se plynule přejde na F9H aniž by to zákazník nějak musel řešit.
Jak to projde u NASA s certifikací? Blok 5 ma být ukončený a toto zní jako trochu výraznější změna. To se pilotovanym lodím líbit nebude… Ikdyž to má fungovat až po splnění mise, nějaké testy to splnit musí.
…prostě pro pilotované lety použijí certifikovanou sestavu a zachraňovat nebudou…
Zbytečně komplikované mít dvě větve
Ako poznám SpaceX úprava nebude až tak veľká viem si predstaviť že budú sekať horné stupne a len tie ktoré budú chcieť zachrániť vybavia dodatočne balónom veď koniec koncov stupne ktoré poletia na GTO asi zachraňovať skúšať nebudú bolo by to zbytočné a bude to najskôr hlavne kvôli Starlinku kde dostali od FCC dosť šibeničné čísla.
Pro pilotovane mise chteji mit 7 misi, kde na bloku neprobehne ZADNA zmena. S mnozstvim misi co se ceka, tak 7 misi jde nabrat hodne rychle 🙂
Možná chtějí použít tedy vyzkoušet ten již jednou testovaný nafukovací brzdící štít od NASA.
Nemyslím si. Musk přímo zmiňuje balón.
tak zrovna supersonicky balonovy decelerator som pred par rokmi radil Elonovi na twitteri (true story) 😀 ono je to presne v style SpaceX – pri operacnej misii vyskusame nieco, co by teoreticky mohlo fungovat, nazbierame data a uvidime. Presne takto zacinali s motorickym brzdenim boostrov. Pridaju nejaky tepelne odolny balon a zasobu plynu, po vypusteni satelitu deorbituju druhy stupen a nafuknu balon. A potom pozbieraju data a zistia ci tomu chybalo len malo, alebo ci to bolo cele zle.
jo, mimochodom, rusi uz raz uspesne deorbitovali jeden horny stupen pomocou nafukovacieho stitu. Rozbil sa az pri dopade, pretoze sa nenafukol dodatocny brzdiaci limec.
podobné způsoby návratu, včetně tebou zmiňovaného, zmiňuje podrobněji J. Kousal ve své přednášce o tepelných štítech. Bylo úplně fascinující poslouchat, jak by vypadal takový průlet atmosférou pro kosmonauta na takovémto štítu. A že to není jen ze světa pohádek a fantazií.
nemas k tomu nieco viac?
Zásobu plynu nemusí přidávat – druhý stupeň je celkem slušně natlakovaný heliem – a pokud už nebudou chtít ho restartovat, stačí vymyslet, jak plyn dovést do balónu. 😀
Prípadne pridať jednu COPV s héliom navyše ktorá tam kedysi bola tiež nebude problém 😀
Mozna ze pokud pouziji jiz existujici technologii treti strany tak je to moc nestoji na vyvoji ani casu a vyplati se jim to. To je jako s temi riditelnymi gps padaky, technologie uz je, pouze se doladi
Ten moment, kdy šéf firmy vyvíjející nejpokročilejší rakety napíše
A člověk fakt neví 😀
V tom je krasa raketoveho priemyslu. Mnoho sucasti tej rakety je zalozenych na manualnych prinipoch a to len preto aby sa minimalizovala sanca zlihania tej suciastky (mimo ine aj motoricke pristatie dragona mal rovnaky dovod). Ked si to clovek uvedomi, tak balon a skakaci hrad nezneju az tak sialeno.
Stejně mi to moc nedává smysl. Nejdříve vydají prohlášení, že horní stupně budou používat pro data na BFR a teď úplná znovupouzitelnost? Navíc prý chtějí co nejvíce sil dát do BFR, tento krok tedy nechápu.
Zas na druhu stranu nemozete proste len povedat pat tisic inzinierom a teraz vsetci robte na BFR/BFS. V roznych fazach projektu je treba rozny pocet ludi. A okrem toho su povacsinou specializovany na nejaku sucast a nie je mozne len tak zo dna na den tychto ludi preradit na inu cinnost. Taktiez data o pristati druheho stupna sa im mozu zist na pripadbe modifikacie BFS. Ale hlavne predpokladam, ze vedia co robia.
Jak autor clanku zmiňuje, dava to smysl v kontextu vynaseni druzic Starlink.
BFR je medziplanetarna raketa. Na robotu vynasania druzic na nizku obeznu drahu nebude nikdy pouzitelna. A teda falcon sa bude aj nadalej zdokonalovat.
Zkus totéž prohlásit o Saturnu V. Ten letěl 2x na LEO. Ano, jednou to bylo v rámci testu Apolla 9 ale I tak, nebyla tenkrát jiná raketa, která by těch 43 tun zvedla. S tím by byl problém I dnes, mimochodem, pokud se nepletu, v podstatě v historii kosmonautiky existovali pouze 2 rakety, které takový náklad vynesly, úmyslně používám minulý čas, FH takový náklad zatím nikdy nevynesl. Ta druhá k Saturnu V byla Energia. A co se týká druhé mise, Skylab by dodnes opět kromě Energie a Saturnu V nezvládlo nic jiného vynést, takže opravdu nepoužitelná? I moduly ISS se stavěly s ohledem na nosnost STS a Protonu.
Omyl – BFR má po nasadení úplne nahradiť F9 a FH, takže bude používaná nie len na družice ale na úúúúplne všetko. Môžme špekulovať, či dáva zmysel používať BFR na vynesenie družice vážiacej “smiešnych” 6 ton, ale pravda je, že kým bude BFR lacnejšia ako F9, neexistuje dôvod prečo hoc aj takto neplytvať… aj F1 bol vyradený v prospech F9, lebo pre SpaceX nemalo zmysel orientovať sa na tak malé náklady, keď ich ciele smerujú opačným smerom.
S BFR sa lety do vesmíru zmenia na kyvadlovú dopravu, kde si proste provider nájde najbližší let s voľnou kapacitou pre jeho náklad a zvezie sa s ostatným nákladom (a napr. aj s medzizastávkou na ISS). Vrátiť sa k nižšej nosnosti má samozrejme finančný význam, ale pre SpaceX bude myslím rovnako zanedbateľný ako bol trh pokryteľný raketou F1 po vyvinutí F9…