Nejdražší mise SpaceX pro NASA – Falcon Heavy vyšle k Měsíci moduly PPE a HALO pro stanici Gateway
SpaceX získalo další kontrakt o vynesení nákladu do vesmíru pro NASA. Nejedná se však o klasickou vynášku vědecké družice, ale o první části budoucí lunární orbitální stanice Gateway. Raketa Falcon Heavy v roce 2024 vynese spojené moduly PPE a HALO v prodlouženém aerodynamickém krytu. V dnešním článku si tuto unikátní a výjimečnou misi představíme blíže.
Od počátku 10. let 21. století začala americká NASA a další partneři podílející se na provozu Mezinárodní kosmické stanice ISS uvažovat o nástupci této orbitální vědecké stanice, která už více než 20 let krouží nad našimi hlavami. Plány se postupně upravovaly, program získal od roku 2015 financování, časem se začala také vyjasňovat podoba a budoucí poloha této nástupnické základny. Své návrhy předkládaly jednotlivé firmy i kosmické agentury. Vše se postupně začalo krystalizovat směrem, že budoucí stanice nebude na povrchu Měsíce, ale spíše se bude nacházet v blízkosti věčného souputníka naší Země. V roce 2017 NASA kontaktovala i různé vědecké týmy, aby se pokusily navrhnout koncepty vědeckých studií, který by využívaly polohu budoucí stanice. Tentýž rok se objevila i podoba prvního modulu. Tímto modulem byl Power and Propulsion Element (PPE), tedy modul určený k tomu, aby budoucí stanici dodával elektrickou energii a zajišťoval pohon pro změny její oběžné dráhy. V roce 2019 byl kontrakt na jeho výrobu zadán firmě Maxar.
Umělecká představa modulu PPE v blízkosti Měsíce (Zdroj: NASA)
Samotný modul PPE sice bude schopen manévrovat na oběžné dráze, ale sám o sobě by byl astronautům k ničemu. Aby budoucí měsíční stanice získala alespoň minimální ubytovací kapacity, bylo nutno zadat do výroby modul druhý, a to Habitation and Logistic Outpost (HALO). Jeho název bychom česky mohli přeložit jako obytný a logistický modul. V červnu roku 2020 byla zakázka na jeho stavbu udělena firmě Northrop Grumman Innovation Systems. Plánovanou součástí stanice Gateway jsou i další dva komponenty – modul ESPRIT postaví evropská agentura ESA a modul I-Hab vzniká ve spolupráci ESA a japonské kosmické agentury JAXA. Stanice samotná je stále ve vývoji, takže další moduly ještě nemají finalizovanou podobu.
Představa lunární orbitální stanice Gateway (Zdroj: ESA)
Dle plánů z roku 2019 měly moduly PPE a HALO odstartovat do vesmíru samostatně na dvou raketách. První z nich se měl vydat do vesmíru v roce 2022 a druhý o rok později. Už v první polovině roku 2020 se začaly objevovat plány, že by se moduly mohly vydat do vesmíru spolu. V některých ohledech se jednalo o krok poměrně logický. Ušetří se jedna nosná raketa, vynechá se náročný spojovací manévr obou těles v lunárním prostoru, vynechají se i dva dokovací porty na obou modulech, nebude potřeba jeden servisní modul a jeden pohonný a naváděcí systém.
Umělecká představa spojených modulů PPE/HALO v blízkosti Měsíce (Zdroj: Northrop Grumman)
Co však změnilo původní názor NASA? Společný start obou modulů měl totiž na svém počátku velký háček. Neexistovala raketa s dostatečně velkým aerodynamickým krytem, který by umožnil vynesení obou modulů najednou. Vše změnily plány amerického letectva, které pro vynášení určitých vojenských nákladů požadovalo po výrobcích raket, aby měli k dispozici výrazně rozměrnější aerodynamický kryt. Aby těmto požadavkům SpaceX vyhovělo, začalo s vývojem tohoto rozměrnějšího krytu. Když se o tomto plánu doslechl v roce 2020 tehdejší přidružený administrátor NASA Doug Loverro, vytvořil tým, který měl ověřit, zda by nový aerodynamický kryt mohl být využit pro vynesení modulů PPE a HALO najednou. Všechno se zdálo v pořádku, podle pracovníků NASA rozměry nového krytu vyhovovaly, takže již nic nebránilo změnit celou koncepci a vynést první dva moduly stanice Gateway současně v roce 2023.
Neoficiální představa modulů PPE a HALO během odhazování zvětšeného aerodynamického krytu (Autor: Mack Crawford)
Plán společného vynesení byl jasný, bylo však nutno vybrat raketu. NASA je totiž veřejná instituce a pro vynášení nákladů musí vždy vypsat výběrové řízení. Kandidáti byli dle serveru Spaceflight Now de facto pouze tři – SpaceX se svým Falconem Heavy, United Launch Alliance (ULA) s raketou Vulcan a Blue Origin Jeffa Bezose s nosičem New Glenn. Nevíme přesně, kdo se účastnil soutěže o tuto misi, ale víme, že firma ULA se do ní nepřihlásila.
Ze zmíněných kandidátů je Falcon Heavy jedinou raketou, která již existuje a má za sebou potřebné letové zkušenosti, takže nebylo překvapivé, když 9. února 2021 NASA oznámila, že pro společné vynesení prvních dvou modulů budoucí stanice Gateway byl jako nosič vybrán právě Falcon Heavy. Celá sestava se má do vesmíru vydat nejdříve v květnu roku 2024. Nejpřekvapivější částí celého oznámení však byla cenovka za tuto misi – 331,8 milionů dolarů je totiž částka, kterou jsme byli zvyklí vídat spíše u rakety Delta IV Heavy. Ceny SpaceX bývaly v minulosti daleko nižší. Dle NASA jsou v částce zahrnuty poplatky za start a další náklady spojené s touto misí. Mezi ně patří platby za předstartovní přípravy modulů (proslýchá se, že bude potřeba vertikální integrace na rampě), správu kosmodromu, pohonné látky pro moduly, komunikaci, telemetrii a platby dalším kontraktorům.
Falcon Heavy v hangáru před misí Arabsat 6A (Foto: SpaceX)
Když si tuto částku srovnáme s cenovkou mise Falconu Heavy ke kovovému asteroidu Psyché, za kterou NASA zaplatí 117 milionů, dojdeme k prostému závěru, SpaceX výrazně zvedlo cenu za své rakety, která začíná na 90 milionech dolarů. Jenže toto srovnání není úplně spravedlivé. V případě mise Psyché budou s největší pravděpodobností zachráněny jak boční stupně, tak i centrální. V případě mise s moduly PPE a HALO možná bude nutné obětovat centrální stupeň, což by pochopitelně navýšilo cenovku. Další rozdíl tkví ve faktu, že SpaceX zvětšeným aerodynamickým krytem zatím nedisponuje a bude muset být vyvinut. Na fórech NASA Spaceflight se objevila zpráva od obvykle velmi dobře informovaného uživatele, podle kterého je vysoká cena způsobena i tím, že do ní je promítnuta část výdajů SpaceX na vývoj zvětšeného krytu a výstavbu infrastruktury pro vertikální integraci nákladů na rampě. Pouze část těchto nákladů byla zahrnuta do kontraktu vojenské mise USSF-67, která má také výrazně vyšší cenovku, než bývá zvykem. NASA však odmítla potvrdit, že mise PPE/HALO zahrnuje také náklady na vývoj zvětšeného aerodynamického krytu.
Oficiální obrázek Falconu Heavy s prodlouženým krytem a obslužnou věží pro vertikální integraci nákladu (Zdroj: SpaceX)
Ale nyní již k samotnému průběhu startu. Ten se uskuteční z Kennedyho vesmírného střediska na Floridě, kde SpaceX pronajímá rampu LC-39A. Po dosažení oběžné dráhy bude sestava modulů doručena na protáhlou eliptickou subsynchronní dráhu, jejíž apogeum se bude nacházet níže než 35 786 km. Tehdy modul PPE roztáhne své sluneční panely a celá sestava začne pomocí iontových motorů pomalu upravovat svou oběžnou dráhu a v čase kratším než 360 dnů by dvojice modulů měla dosáhnout cílové orbity u Měsíce. Přesné parametry zemské orbity, na které raketa moduly vypustí, však ještě nebyly finalizovány a budou se odvíjet také od toho, jestli si bude Falcon Heavy šetřit palivo na přistání všech stupňů, nebo budou některé obětovány. NASA ale prý nesmí prozradit, co v tomto ohledu SpaceX plánuje.
Umělecká představa spojených modulů PPE/HALO na cestě k Měsíci (Zdroj: NASA)
Pro SpaceX tato mise znamená, že si opět na svůj seznam připíše další výjimečný start. Do této doby firma vynášela vědecké či telekomunikační družice, zásobovala ISS a dokonce dopravila lidi na oběžnou dráhu, ale nyní se bude její raketa poprvé podílet na stavbě orbitální stanice. Toto privilegium doposud patřilo pouze nosným raketám Proton, Saturn V, Sojuz-U, Dlouhý pochod a americkému raketoplánu, které v minulosti vystavěly všechny doposud známé kosmické stanice (Saljut, Skylab, Mir, ISS či Nebeský palác). K těmto pěti nosným prostředkům tak přibude Falcon Heavy jako šestý. Zároveň SpaceX při této misi vynese svůj prozatím nejtěžší náklad v jednom kuse, jelikož celková hmotnost nákladu mise PPE/HALO se neoficiálně odhaduje na 12–15 tun. Při misích Starlink sice hmotnost vynášených družic překračuje 15 tun, ale jedná se o soubor 60 menších satelitů, zatímco v tomto případě bude náklad tvořit pevná sestava modulů PPE a HALO. Bude tak překonán rekord z července 2018, kdy Falcon 9 vynesl družici Telstar 19V s hmotností 7076 kg.
Ilustrační obrázek kosmické lodi Dragon XL po odpojení od druhého stupně Falconu Heavy (Zdroj: SpaceX)
Falcon Heavy se pak má na provozu stanice Gateway podílet ještě dalším způsobem. V březnu roku 2020 uzavřela NASA se SpaceX dohodu o tom, že prostřednictvím lodi Dragon XL budou na tuto měsíční orbitální základnu dopravovány zásoby. První taková mise má proběhnout v roce 2024 a druhá o dva roky později.
Podpořte projekt ElonX
Kdo neví, tak na Kosmonautixu o Gatewayi vychází měsíčník Gateway. Poslední dobou docela zajímavé informace právě o vynesení PPE/HALO. Například, že soulodí dostane další (třetí) motor …
Gateway (červenec 2021) – kosmonautix.cz
Můj názor je, že SLS vůbec nepoletí a dopravu astronautů bude zajišťovat SpaceX:
1. Crew Dragon XL, nosná raketa FH
2. Lunar Starship
DXL se nemá vracet a igdyby sevracel tak shoří v atmosvéře !
Tak a teď chci vidět toho kdo by za takových podmínek letěl
No, nemám tušení, jak by se dokázal vrátit do atmosféry. Na to DXL rozhodně nevystačí palivo. Takže to píšete správně, nemá se vracet. Mimochodem, ten jeho tvar mi taky nepřijde, že by byl schopen jakéhokoliv návratu do atmosféry.
Palivo by vystačit mohlo (teoreticky) na opuštění NRHO není potřeba zas tolik (přesněji se mi to dohledat nepodařilo) delta-V a dál než na geocentrickou dráhu není potřeba o to se postará měsíc (gravity assist) a zbytek už půjde po balistické dráze.
V podmínkách výběrového řízení bylo uvedeno, že nákladní zásobovací loď musí být schopna opustit dráhu NRHO a navést se na likvidační dráhu. Parametry likvidační dráhy nebyly uvedeny.
Vetsi Fairing bude o kolik vetsi ? Chtelo by to grafiku s velrybama uvnitr. A kdyz stavajici stoji 3 MIO USD, vetsi bude jiste drazsi a budou jej chtit o to vic zachranit – staci na to stavajici infrastruktura (lode, site , padaky) nebo znovu a jinak ?
Současný kryt má 13,9 metrů na výšku a průměr 5,2 metrů a ten větší má mít výšku 18,6 metrů s průměrem 5,4 metrů.
K případné záchraně krytu zatím informace nejsou.
Očekávám že SpaceX časem přebere i dopravu kosmonautů ke stanici pokud se osvědčí dragonXL.
Chlapi, moc o ceně nedumejte. Americký stát prostě SpaceX dotuje, protože potřebuje technologie SpaceX. A je to OK.
Máte to úplně opačně. SpaceX potřebuje americký stát, v JAR by se Elon Musk neprosadil, spíš by dopadl jako ti bílí farmáři. USA poskytuje SpaceX (stejně jako i jiným firmám) zakázky, dotace ale také technologickou podporu. Ani dojení státních peněz není OK! Firmy zaměřené na čerpání dotací nemají motivaci k vývoji a inovacím.
Cena asi souvisí hlavně s tím, že Falcon Heavy de facto neměl konkurenci. Vyvoj aerodynamického krytu a infrastruktura pro vertikální integraci nákladu nebudou sice nic levného, ale z větší části to zaplatí armáda formou toho předraženého kontraktu a zbytek by se měl časem pokrýt normálně z provozního zisku jako každé jiné investiční náklady. Tohle je využití monopolní pozice a padá argument, že NASA ušetří díky vynesení obou modulů jednou raketou.
tak ušetří, SLS by stála ještě víc…
Takový pokus o přímé porovnání by byl pouze v hypotetické rovině. Původním plánem (do března 2018) totiž byly dva sdílené starty raket SLS Block 1B (Orion/PPE při misi Exploration Mission-2 v roce 2023 a Orion/obytný modul při misi Exploration Mission-3 v roce 2024). Mise EM-2 a 3 (nové označení Artemis 1 a Artemis 2) byly v březnu 2018 převedeny na rakety SLS Block 1. Oba moduly stanice Gateway z nich byly vyjmuty a převedeny na komerční rakety. Teprve v roce 2020 byly obě komerční mise sloučeny do jedné. První dva sdílené starty raket SLS Block 1B jsou nyní plánovány na roky 2026 (Orion/I-Hab při misi Artemis 4) a 2027 (Orion/ESPRIT při misi Artemis 5).
Tak ono NASA ušetří i tak, protože ty moduly nemusí být vybavený každý vlastním servisním modulem s pohonem, avionikou a stykovacími uzly. Navíc odpadne nutnost řešit těsnost takového spojení. Takže to klidně ve výsledku může hezkých pár desítek až stovek milionů udělat na cenovce taky.
Když se pak k tomu připočtou ceny za dva starty nějaké rakety, tak už to bude pokryté určitě.
No to jo, ale já to myslel jako, že neušetří za tu vynášku, poněvadž ta je tématem článku. Ostatně i v odkazovaném článku je psáno: “Rozhodnutí o integraci a společném testování obou modulů šetří agenturní peníze za jednu raketu,…” Takže ne, za raketu neušetří, ale rozhodně nepléduji za návrat k předchozímu plánu.
Odkazovaný článek je z května loňského roku, kdy nebylo známo, jaká bude vysoutěžená cena. S tím odůvodněním tehdy přišel Doug Loverro v rozhovoru pro web Spaceflight Now
https://spaceflightnow.com/2020/05/06/nasa-plans-to-launch-first-two-gateway-elements-on-same-rocket/
Parádní práce. Díky.
Možná proto, že nakonec by to mohli zvládnout se záchranou všech stupňů, zejména pokud by skutečná hmotnost nákladu byla těch 12 tun nebo nižší, případně měli v té době k dispozici možnost přistání všech stupňů na mořské plošině.
Jinak jako test prodlouženého krytu se Starlink přímo nabízí, taky jsem zvědav, kolik více družic ještě umožní nosnost F9, resp. spíš až kam si troufnou zajít.
F9 je s 60 družicemi Starlink už teď na hranici nosnosti, takže větší kryt by nepomohl. Ale je možné, že FH s větším krytem bude pro SpaceX časem ekonomičtější. Ale je tam kolem toho hodně neznámých, takže to zvenku zatím není možné posoudit.
Už jste to tu kdysi počítal a vyšlo vám to ekonomicky zhruba nastejno. Rozdíl byl v tom, že by se zachraňovaly tři stupně místo jednoho, což by bylo nejistější a logistický náročnější. Nicméně za účelem otestování rakety před tak důležitou zakázkou by to asi smysl dávalo.
Přesně tak, smysl to dává a teoreticky by to mohlo vysvětlit i vyšší cenovku. Prostě jeden let předtím bude neekonomický, ale otestuje možnosti. Bylo by zajímavé, kdyby se FH pokusil ve větším krytu vynést více starlinků. tím by se otestovalo pak úplně vše. 🙂 Ale to opravdu jen čistě spekuluji a nic nepočítám.
Je tu teoreticky možnost vzít nejvíc olítaný F9 a zahodit ho 🙂 Pak by se pod krit vešlo víc starlinků Kolit letů má za sebou nejolítanější? 7? Jako není to ideální, ale pro otestování krytu, by k tomu přistoupit mohly.
to neudělaj, protože budou s nima lítat dokud se nerozpadnou… zase tolik f9 nemají a kontrakt na starlink zní nekompromisně dokdy to musí odlítat…
Tuším že jeden, nebo dva z prvních block 5 v něčem nebyly kompletní blok 5. Něco se tam lišilo od těch následujících. Mohlo by dlouhodobě snížit náklady je vyřadit.
Neříkám jak moc je to pravděpodobné že by to udělaly, jen že tu je tahle možnost.
1)První 3 blocky 5 už jsou zničené
https://www.elonx.cz/prehled-raketovych-stupnu/
To udělají jedině v případě, že jeden F9 bude tak akorát opotrebovanej, aby mohl startovat ale měl zároveň velmi malou šanci pristat. Pochybuju, ze to někdy nastane
Nebo že je opotřebovanej tak akorát že je velká šance že i když by přistál, tak další let by už nedal. Co s tím “šrotem” na zemi mají dělat?
Pravda. Možná by z toho mohli získat nějaká data o tom, jak se to opotřebovává. Nebo hezká trofej 🙂
Díky za super článek! Napadlo mě, neušetřilo by nějaké palivo použití trojice ASDS, tedy že by i postranní nosiče přistávaly na moři? V době tohoto startu už třeba ASOG bude na světě…
By mě zajímalo, proč nepoužijí ty nafukovací moduly Bigelow.
Bigelow už nežije.
Navíc nevím, jak na tom byl Bigelow třeba se životností nebo se stíněním … přece jen je něco trochu jiného poflakovat se v magnetosféře a tam venku. Nemluvě o tom, jestli od toho b třeba taky nečekají nějakou tu strukturální funkci.
Bigelow nie, ale NASA zvažuje nafukovací modul LIFE od Sierra Nevada Corporation pre Gateway a financuje ho v rámci programu NEXTstep-2. A neviem čo sú všetci skeptický ohľadom radiácie keď BEAM vykazuje rovnaké vlastnosti ako tradičné moduly ISS a na GAT rovnako nepôjdu nejaké špeciálne izolované moduly. To už je snáď nejaká posadnutosť tou radiáciou… Treba si uvedomiť že problém sú hlavne nabité častice ktoré naopak skôr zachytí polymér ako kovová stena ktorá po zasiahnutí nabitou časticou akurát emituje rontgenové žiarenie ktoré prenikne do vútra modulu čo hrá práve v neprospech kovových modulov.
Bigelow nežije, žije vnučka, která to chtěla rozproudit, bohužel po americku se toho chytili nějací vykukové z NASA a opajcli to. Podobně dopadl teď ten Kokorisch s momentusem a jejich mikrovlnným plazmovým pohonem vigoride, ardoride apod. Prostě to ukradli ve své blaho, soudruzi.
Bigelow nikdy nevyvinula moduly od nuly a nikto im ich neukradol… Práva na nafukovacie moduly im licencovala od začiatku NASA ktorá za myšliektou a technológiou stála a komerčná firma ich mala len dotiahnuť (aj sa talo BEAM) a potom vyrábať a sama prevádzkovať. Pre NASA bolo také úsilie zbytočné. Problém BA je v tom že prišli na trh veľmi skoro a jednak neboli na trhu rakety ktoré by to hore dostali a druhak neboli komerčné lode ktoré by stanicu zásobovali komerčnými kozmonautmi. V marci vraj kvôl covidu prepustili 88 zamestnancov a že keď to situácia dovolí zoberú ich späť tak uvidíme čo to niekedy vyjde, samotná firma existuje stále. Atlas 552 pre BA330 stále existuje a je pripravovaný, že vraj aj samoný modul bol už vyrobený len ho nemá kto pripraviť na štart keď všetkých prepustili… Uvidíme, vyzerá to veľmi zle ale možno motyka vystrelí.