SpaceX chystá větší aerodynamický kryt pro Falcony a úpravu rampy LC-39A kvůli vertikální integraci nákladů
Falcon 9 a Falcon Heavy jsou velmi výkonné a spolehlivé rakety, avšak stále mají dva velké nedostatky, kvůli kterým nedokážou vynášet určité typy nákladů. Jedním nedostatkem jsou omezené rozměry aerodynamického krytu a zároveň startovní rampy pro Falcony nedisponují infrastrukturou pro vertikální integraci nákladu, což je schopnost připojit náklad k raketě ve svislé poloze. Nyní však web Spaceflight Now informoval o plánech SpaceX, jak tyto dva nedostatky odstranit, aby Falcony měly větší šanci v příštích letech získat nové armádní zakázky.
Vertikální integrace je v raketovém průmyslu označení pro proces připojení nákladu k raketě ve svislé poloze. (Pozor, neplést s vertikální integrací ve výrobě, což je označení pro to, když se společnost rozhodne nějakou součástku vyvíjet a vyrábět vlastními silami místo toho, aby ji koupila od dodavatele.) SpaceX už od dob Falconu 1 připojuje náklad k raketě v horizontální poloze, využívá tedy procesu horizontální integrace. Tento způsob je levnější a jednodušší, jelikož nevyžaduje mnoho prostoru a dodatečné infrastruktury. Některé družice však mohou obsahovat například velice citlivou optiku navrženou tak, že kdyby byl satelit někdy položen do horizontální polohy, došlo by k jejímu poškození. Takové družice je tedy nutné k raketě připojovat vertikálně. Tento požadavek se týká například určitých vojenských družic, o jejichž vynesení na orbitu se tím pádem SpaceX v minulosti nemohlo ucházet. Obvykle je tedy na oběžnou dráhu dopravily rakety Atlas či Delta konkurenční společnosti United Launch Alliance (ULA).
Falcon 9 během horizontální integrace jednotlivých stupňů a nákladu před svou demonstrační misí (Foto: SpaceX)
V květnu 2019 však americké letectvo vyhlásilo výběrové řízení pro druhou fázi kontraktů na vynášení vojenských zakázek, o které se kromě ULA a SpaceX ucházejí také společnosti Blue Origin a Northrop Grumman. Letectvo plánuje vybrat dvě vítězné společnosti, které by si pak v letech 2022–2026 rozdělily lukrativní kontrakty na zhruba 30 misí. Některé z těchto misí však můžou vyžadovat vertikální integraci nákladu, vynesení těžké družice na náročnou orbitu, či zahrnují náklad s rozměry vyžadujícími větší aerodynamický kryt (podrobnější rozpis jednotlivých požadavků na nosnost, orbity a kryty najdete zde). SpaceX v současnosti nesplňuje všechny tyto požadavky.
Referenční orbity, které používá americké letectvo pro své mise. Náklady kategorie C vyžadují zvětšený aerodynamický kryt.
SpaceX se nakonec rozhodlo do výběrového řízení přihlásit s osvědčenými raketami Falcon 9 a Falcon Heavy. Avšak aby tyto nosiče dokázaly vyhovět všem požadavkům letectva a vynášet všechny typy nákladů, nabídka SpaceX zahrnuje konkrétní plány, jak zajistit vertikální integraci nákladů a také umožnit vynášení rozměrných družic, které se nevejdou do aerodynamického krytu, který SpaceX používá v současnosti.
Vertikální integraci nákladu bude zajišťovat nová pohyblivá věž, která bude vybudována na rampě LC-39A v Kennedyho vesmírném středisku na Floridě. Z této rampy momentálně startují primárně Falcony Heavy a také mise s Crew Dragonem. Zároveň se jihovýchodně od vypouštěcího stolu pro Falcony aktuálně staví nová infrastruktura pro starty vyvíjené rakety Super Heavy a lodi Starship. Nová věž pro vertikální integraci údajně vyroste na severní straně současné rampy a bude navržena tak, aby odolala i hurikánům 5. kategorie. Autor článku viděl oficiální koncept podoby nové věže, avšak SpaceX jej zatím nezveřejnila. Věž prý bude mít podobný černo-bílý design jako současná věž na rampě, která umožňuje nástup posádky do Crew Dragonu, avšak nová věž bude o něco vyšší.
SpaceX bude nadále montovat své rakety horizontálně v nedaleké hale HIF, poté je převeze na rampu a vztyčí do vertikální polohy. Takto to probíhá i v současnosti, avšak u budoucích misí, které budou v vyžadovat vertikální integraci nákladu, se následně k raketě přesune ona nová věž a obklopí ji. Tím umožní snadné připojení družice ve svislé poloze pomocí jeřábů a věž zároveň bude chránit celou sestavu před větrem a deštěm. Před startem pak věž odjede pryč do bezpečné vzdálenosti. Princip tedy bude stejný jako u podobných zařízení, která v současnosti využívá například ULA pro své rakety Delta a Atlas. Jak bude probíhat statický zážeh, článek Spaceflight Now nezmiňuje, ale dá se předpokládat, že ten bude prováděn ještě předtím, než přijede věž a proběhne připojení nákladu.
Vertikální integrace rakety Atlas V a družice MAVEN (Zdroj: University of Colorado Boulder)
Společnost zároveň neupřesnila, kdy má stavba věže začít. Prezidentka SpaceX však uvedla, že pokud bude vertikální integrace potřeba také na západním pobřeží, firma může podobnou věž postavit také na Vandenbergově letecké základně. Odtud obvykle startují rakety nesoucí náklad na orbity s vysokým sklonem vůči rovníku. Mimochodem, americké letectvo už v listopadu 2017 poskytlo SpaceX 20 milionů dolarů na provedení designové studie ohledně potenciálního zavedení vertikální integrace pro rakety Falcon.
Druhou novinkou, kterou SpaceX chystá, aby rakety Falcony splňovaly požadavky všech druhů armádních zakázek, je zvětšený aerodynamický kryt. To je dvojdílná skořápka na špičce rakety, která během letu chrání nesený náklad a zároveň zajišťuje aerodynamický tvar rakety. Falcon 9 i Falcon Heavy v současnosti používají jen jeden typ krytu, který má 13,9 metrů na výšku a průměr 5,2 metrů. Kryt není nikterak malý, avšak přesto nedokáže pojmout všechny typy družic, které letectvo provozuje či teprve chystá. Tyto velké satelity tak v minulosti vynášela například raketa Delta IV Heavy, která disponuje krytem s průměrem 5,4 metrů a zároveň umožňuje vertikální integraci nákladu. SpaceX tedy hodlá v budoucnu nabízet také rozměrnější kryt s výškou 18,6 metrů a průměrem 5,4 metrů, který by už vyhovoval všem požadavkům letectva.
Znázornění různých nákladů v aerodynamickém krytu raket Falcon (Autor: /u/roow110)
SpaceX údajně zvažuje dvě možnosti, jak tento větší kryt získat. Jednou z nich je nákup krytů od švýcarské společnosti RUAG Space, která už v současnosti dodává kryty s průměrem 5,4 metrů společnostem ULA (pro Atlas V a Vulcan) a Arianespace (rakety Ariane 5 a 6). Zde však nastává problém v tom, že RUAG vyvinul lehčí a levnější variantu tohoto krytu ve spolupráci se společností ULA. Tyto kryty se vyrábějí v továrně společnosti ULA v Alabamě a ta na něj má výhradní právo. ULA tedy údajně zablokovala možnost prodeje těchto krytů konkurenčnímu SpaceX. To však neznamená, že RUAG nemůže prodávat jiné kryty dalším firmám nebo že pro ně nemůže vyvinout nový typ krytu. RUAG zároveň vyrábí starší typ krytu pro rakety Atlas V a Ariane 5, avšak u něj není jasné, jestli jej SpaceX může koupit.
Srovnání velikosti aerodynamických krytů různých raket (Zdroj: ULA)
SpaceX nebude potřebovat vysoký počet těchto krytů, a tak je nákup hotového produktu v tomto případě nejjednodušším řešením, ale pokud to nebude možné, společnost si může vyvinout vlastní. Současné kryty pro rakety Falcon si SpaceX také vyvíjí a vyrábí samo (jde dokonce už o několikátou generaci). Výhodou tohoto řešení by bylo, že SpaceX by mohlo kryty potenciálně optimalizovat pro vynášení více satelitů Starlink najednou pomocí Falconu Heavy a také případně zakomponovat systém pro záchranu krytů a jejich opakované použití.
Nutno však dodat, že se také může stát, že SpaceX výběrové řízení na nové armádní zakázky nakonec nevyhraje. To je sice nepravděpodobné, jelikož SpaceX se spolu s ULA řadí mezi favority, ale pokud k tomu dojde, plány na novou integrační věž a větší kryt by asi byly uloženy k ledu. Jedná se totiž o velkou investici do infrastruktury a produktu, které nejsou pro drtivou většinu běžných misí potřeba, takže by se to SpaceX bez armádních zakázek nevyplatilo.
Gwynne Shotwell, prezidentka SpaceX (Foto: Loyola Marymount University)
Prezidentka SpaceX Gwynne Shotwell se k očekávaným výsledkům výběrového řízení vyjádřila takto:
Nedokážu odhadnout, jak se [letectvo] rozhodne. Myslím, že jsme v dobré pozici. Splňujeme všechny jejich podmínky a myslím, že jsme zaslali konkurenceschopnou nabídku. A přihlásili jsme se s raketami, které už létají a mají dlouhou historii.
Poslední větou Shotwell naráží na skutečnost, že konkurenční společnosti ULA, Blue Origin a Northrop Grumman se do výběrového řízení přihlásily s raketami Vulcan, New Glenn a OmegA, které jsou teprve ve vývoji:
[ULA] má velké zkušenosti s přípravami a vynášením nákladů národní bezpečnosti. Takže mají alespoň zkušenosti, i když ještě nemají raketu. Mají tak výhodu oproti zbylým dvěma uchazečům. Ale opravdu nevím, jak to celé dopadne.
Gwynne Shotwell však vysvětlila, že SpaceX bude v pořádku, i když výběrové řízení nakonec nevyhraje:
Jedním z důvodů, proč se ucházíme o komerční, civilní, mezinárodní i vojenské zakázky, je abychom zajistili, že firma bude silná, i když se některý z těchto tržních sektorů setká s obtížemi. Pokud nevyhrajeme, tak sice budeme velice nešťastní, ale rozhodně přežijeme. Máme širokou základnu zákazníků, a tak nejsme závislí pouze na vynášení nákladů národní bezpečnosti.
Podpořte projekt ElonX
- Mise Starlink 12-1 - 20. 11. 2024
- Mise Starlink 9-13 - 19. 11. 2024
- Daily Hopper: Ruské výčitky, klapka v ohrožení a inspirace přírodou - 16. 11. 2024
Díky za další kvalitní článek. Chápu potřebu mít některý náklad nakládán ve vertikální poloze. Jen mě u toho příkladu s optikou napadlo…. nepřipadá vám zvláštní, že je náklad citlivý na otočení o 90° v porovnání s tím, jaké přetížení na něj působí při startu rakety? Rozhodně nechci, aby to vypadalo, že kritizuju příklad. Naopak se mi líbil. Mě samotnýho napadly v první řadě tekutiny, ale pak jsem si říkal, že v družici se nemůže asi nic jen tak “rozlít”.
Jen mě to vedlo k zamyšlení a jestli mi něco neuníka?
Díky
Záleží na tom, jak je ta družice a její přístroje navrženy. Každá družice musí být schopná bez úhony přečkat přetížení několika g, které na ni působí podél svislé osy během startu rakety. Ale podél vodorovné osy na ni nikdy taková síla působit nebude, a tak tomu přizpůsobíte konstrukci družice (díky tomu bude menší/lehčí/levnější).
V některých případech pak jsou přístroje či optika tak citlivé, že je výhodnější nebo dokonce nezbytné družici navrhnout tak, aby byla odolná jen v jedné ose. Taková družice pak nemusí zvládnout ani to 1 g, které na ni bude působit na zemi při položení do horizontální polohy, a tak se s družicí musí od výroby až po start manipulovat pouze ve svislé poloze.
Díky za odpověď 🙂
Ohledně koupení již hotového krytu mám jisté pochybnosti. Kdyby to bylo tak jednoduché, tak by stačilo pár kliků myší v AutoCADu, zvětší stávající kryt a miliony dolarů jsou doma. Tahle komponenta má zásadní vliv na aerodynamiku celé rakety. Musí se tedy navrhnout tak, aby nenarušila letovou obálku rakety, nebo raketu přizpůsobit krytu (asi je jasné jaká varianta je schůdná). Stejně tak nelze jednoduše udělat silnější 2. stupeň pouhým protažením nádrží.
Limit je dnes paradoxně ve velikosti vytvrzovací peci pro jejich vyrobu
Že si to nechají od někoho vyrobit bych pochopil. Upravovat linku pro “pár” krytů se asi nevyplatí. Snad jedině že by F9H létal se Starlinkem. Navíc nikdo netvrdí, že ten kryt musí být uhlíkový. Mě se jen nezdá, že by kryt koupili třeba od ULA.
Kupovali by to od RUAG, ne od ULA.
Co si pamatuji, tak Musk mluvil o tom, ze zvetseni krytu by byl problem pri vetrech. Proste je to obrovska plachta, kde kdyby se oprel vitr by mohl raketu zlomit. A samozrejme jak rikas i aerodynamika a cely technicky postup vyroby, nekde to zapict.
S osmnactimetrovym krytem by mohli vynést i ten hotel Bigelow, ten má délku 16,88 m.
Tak ještě nakonec přibude i prodloužený druhý stupeň a bude to komplet. 😉
Shotwell(ova) se celou dobu chlubi, jak jim horizontalni integrace usetrila naklady (na rozdil od jinych tupych spolecnosti co staveji lodi na vysku) a najednou – jen kvuli par spionaznim druzicim, ji nevadi budovat vertikalni “nasazovaci” vez(e). I kdyz pohybliva “nasazovaci” vez bude asi o dost lacinejsi nez staticka “staveci” , to budou mit Falcon vez , BFR vez ?
Jinak velryby v aerodynamickem krytu jsou pekny 🙂
Spíš bych to viděl jako “My si myslíme, že horizontální je levnější (lepší), ale když nám někdo chce (zaplatí) vývoj a provoz vertikální integrace, tak to má mít. Třeba to využijeme i pro někoho jiného. Za příplatek.” Řekl bych normální uvažování komerční firmy. Chcete něco navíc oproti standardu? OK, ale připlatíte si.
ak si myslia, ze je horizontalna vyroba lepsia, preco potom SS stavaju vertikalne?
Je celkem zásadní rozdíl vztyčit “droboučký” F9/F9H a obří SH/SS.
Oni netvrdí, že je lepší, ale že je pro Falcon levnější, a to je
A proč najednou řeší vertikální integraci, nu evidentně se v případě vojenských zakázek vyplatí
To máte, jako když se hádal Tesla s Edisonem, které napětí je pro distribuci lepší, jestli střídavé nebo stejnosměrné. No Edison to tenkrát vyhrál, protože postavit velký transformátor je přeci jenom jednodušší než měnič. A dnes občas potřebujeme přenášet tak obrovské množství energie na velkou vzdálenost, že se už vyplatí vyvinout a postavit velký měnič, protože se to vrátí na menších ztrátách.
len taka drobnost
vyhral to vtedy Tesla ktory presadzoval striedavy prud, Edison presadzoval jednosmerny prud
A sakra. Velka drobnost 🙂
Přesně tak. USAF tuto službu nechce zadarmo. Nejen že jejich zakázky jsou velmi lukrativní, ale přispějí i na vývoj a stavbu věže a aerodynamického krytu. Tuším, že ta dotace je to přímo součástí této soutěže.
ten nový kryt by mohli využiť aj pri komerčných zákazkách, ktoré dnes vynáša Arianne. Pre nosnosť Falcon heavy je ten kryt dosť malý. Pri nákladoch na vyššiu orbitu, prípadne na mesiac a ďalej, má zas FH nevýhodu v tom, že druhý stupeň nemá vodíkový pohon a v porovnaní s NewGlenn a Vulcanom rozdiel v nosnosti už nie je tak veľký, prípadne môže byť nosnosť aj horšia.
Nebyť tejto zákazky od armády, vývoj väčšieho krytu by sa SpaceX, vzhľadom na plánovanú SS, asi neoplatil, ale takto získajú prakticky zadarmo poistku prístupu k väčšiemu rozsahu zákazok v budúcnosti, zvlášť ak by sa vývoj SS výrazne zdržal.
Parádní článek. 👍