Čím se liší soukromé kosmické lodi Crew Dragon a Boeing Starliner?

Na našem serveru vyšla již řada článků na téma lodi Crew Dragon, ale málokdy jsme se věnovali přímému srovnání tohoto stroje s pilotovanou kosmickou lodí CST-100 Starliner společnosti Boeing, což je druhý kontraktor programu komerční dopravy astronautů na ISS. V dnešním článku si obě lodi porovnáme, a to včetně jejich nosných raket. Obě společnosti se rozhodly kolem roku 2010 vstoupit do programu NASA, který by zajistil dopravu posádek na oběžnou dráhu. SpaceX už v té době mělo v rukou funkční zásobovací loď Dragon, ovšem pramalé zkušenosti z kosmonautiky. Naopak Boeing začínal se stavbou své lodi na zelené louce, ale na druhou stranu jeho bohaté zkušenosti byly zárukou, že vývoj zvládne.

Na tomto místě je určitě vhodné napsat malý průřez úspěšnými projekty Boeingu, mezi které patří první stupeň S-IC nejsilnějšího nosiče všech dob, rakety Saturn V. Díky akvizicím firem North American Aviation a Douglas Aircraft Company o řadu let později pak navíc nejenže může Boeing prohlašovat, že tuto raketu postavil celou, ale vyvíjel i každou americkou pilotovanou kosmickou loď, kabiny Mercury, Gemini i Apollo. Dále vyráběl stanici Skylab, některé části amerického segmentu Mezinárodní vesmírné stanice, lunární rover z programu Apollo, orbitální část amerického raketoplánu i miniraketoplán X-37B. A Boeing je také výrobce raket Delta IV či Delta IV Heavy a v současné době vyrábí pro NASA centrální stupeň rakety SLS. Je to tedy firma, která má s kosmickými projekty velmi bohaté zkušenosti.

Společnosti SpaceX a Boeing tedy byly vybrány, aby pro NASA vyvinuly novou orbitální loď schopnou dopravit posádku na ISS. Stavět ji měly na základě následujících požadavků:

• Schopnost dopravit tam a zpět čtyři astronauty a jejich vybavení na ISS
• Zajistit možnost návratu posádky v případě nouzové situace
• Schopnost posloužit jako bezpečné útočiště na dobu 24 hodin v případě nouzové situace
• Loď musí být schopna zůstat připojena ke stanici po dobu 210 dnů (raketoplán mohl být připojen maximálně 12 dnů)

Oba stroje si jsou sice na první pohled velmi podobné, ale pokud se na ně podíváme jen malinko podrobněji, rozdíly se okamžitě projeví. Obě lodi mají tvar komolého kuželu, ke kterému je připojena válcovitá sekce. Tím však prakticky jakákoliv podobnost končí. Začněme od základních rozměrů obou lodí.

Crew Dragon je se svými osmi metry o celé tři metry vyšší než Starliner, který ho zase překonává svou šířkou 4,5 m o 80 cm. Ve výsledku to znamená, že obě kosmické lodi nabízí podobný hermetizovaný prostor, v případě Starlineru je to 11 kubických metrů, Dragon má k dispozici o 1 kubický metr méně. Obě plavidla byla též původně navrhována, aby mohla na nízkou oběžnou dráhu dopravit až sedm astronautů. V případě lodi Crew Dragon od toho muselo SpaceX ustoupit. Stalo se tak kvůli požadavkům NASA na přetížení, kterému budou vystaveni astronauti při dopadu na hladinu oceánu. Následkem toho byla odstraněna tři sedadla a při misích pro NASA bude Crew Dragon schopen dopravit na oběžnou dráhu vždy jen 4 astronauty. Zda SpaceX bude nabízet jiným potenciálním zákazníkům tuto loď v sedmimístné verzi, tedy proti požadavkům NASA, není prozatím známo, patrně však nikoliv. Ostatně, i jediné dvě v současné době potvrzené mise komerčních zákazníků hovoří pouze o čtyřech pasažérech. Pokud jde o Starliner, oficiální stránky firmy Boeing uvádějí, že je loď stále schopna dopravit na oběžnou dráhu sedm astronautů. Stejnou informaci o sedmi pasažérech najdete i na nově aktualizovaném webu SpaceX.

Dalším výrazným rozdílem v konstrukci obou lodí je válcovitá konstrukce, na které jsou obě kabiny posazeny. V případě lodi Crew Dragon se jedná o dutý válec nazývaný trunk, který má několik funkcí. Jsou na něm umístěny solární články zajišťující elektrickou energii, dále radiátory pro vyzařování tepla a také křidélka pro stabilizaci lodi v případě nouzového úniku za letu. Trunk je navíc dutý a umožňuje přepravu dodatečného nákladu směrem k ISS nebo likvidaci odpadu při cestě zpět (trunk se před vstupem do atmosféry odhazuje a shoří). Pro úplnost dodáváme, že osmnáct manévrovacích a orbitálních motorků Draco o tahu 400 N a osm únikových motorů Superdraco o tahu 73 KN jsou součástí samotné kabiny, stejně jako nádrže s pohonnými hmotami a tlakovacím heliem.

V případě lodi Starliner je tomu jinak. K lodi je připojen plnohodnotný servisní modul, který je vybaven 20 motorky o tahu 6,6 KN, určenými pro podporu orbitálních manévrů. Jsou také schopny řídit polohu lodi v případě nutnosti provést přerušení letu po startu. Ve velkých výškách pak provedou tento únikový manévr motorky samy. Dále servisní modul obsahuje 28 trysek, každá z nich má tah 380 N, které jsou také určeny pro orbitální manévrování a jsou navíc schopny upravovat výšku Mezinárodní kosmické stanice. Nachází se zde i čtyři únikové motory RS-88, každý o tahu 177 KN. Vybavení pak doplňuje celkem 18 palivových a tlakovacích nádrží. Pokud máte pocit, že je tento modul doslova přemotorován, tak dalších dvanáct malých motorků je integrováno do samotné kabiny. Ty jsou určeny k řízení orientace lodi při návratu do atmosféry a mají tah 440 N.

Jedinou podobnost, kterou má servisní modul lodi Starliner s trunkem Crew Dragonu je ten, že i jeho součástí jsou panely solárních článků. Na rozdíl od trunku jsou však umístěny na spodní části servisního modulu. Loď Starliner také nemá schopnost přepravovat nehermetizovaný náklad. I když na druhou stranu u SpaceX nevíme, zda bude u misí s astronauty v trunku vůbec někdy něco přepravováno. Je totiž možné, že by náklad představoval komplikaci při nouzovém přerušení letu pomocí záchranných motorů SuperDraco.

Nyní se pojďme podívat na srovnání interiérů. Rozdíl mezi oběma kosmickými loděmi se dá velmi snadno vypozorovat i v samotném kokpitu, kde, použijeme-li slova Christophera Fergusona, ředitele pilotovaných operací firmy Boeing a bývalého astronauta NASA, Starliner na rozdíl od Crew Dragonu při ovládání nepoužívá dotykové obrazovky. Spoléhá se primárně na tlačítka a přepínače, kterých zde bude pouhých 40. Pro srovnání, kokpit raketoplánu jich obsahoval přibližně 1100.

Krásnou prohlídku paluby lodi Starliner absolvoval Tim Dodd, známý jako Everyday Astronaut. I když nevládnete anglickým jazykem, je zde spousta obrázků. Tim také zmiňuje, že existuje řada zkušených pilotů, kterým nevyhovuje řídící panel SpaceX, protože si připadají, jako by létali na iPadu. Osobně naopak více oceňuje jednodušší sedadla SpaceX, je do nich totiž daleko snazší usednout. Tim zároveň podotkl, že na palubě lodi Starliner není žádný držák na kafe, i když se jedná o americký výrobek.

Co se týče vnitřního vybavení, často je čtenáři kladena otázka možnosti konání potřeby v útrobách kosmické lodi. Slovy samotných astronautů, jak se vykonává „číslo 1 a 2“. Crew Dragon je vybaven palubní toaletou, která se nachází nad sedadly astronautů. Zda je tímto zařízením vybavena i loď Starliner, to se nám s určitostí nepodařilo dohledat. Ale z rozhovoru s Chrisem Fergusonem a z faktu, že kvůli současnému letovému profilu obou lodí, kdy přiblížení k ISS trvá zhruba 1 den nebo i více, lze její umístění na palubě lodi firmy Boeing rozhodně očekávat.

Oba stroje se liší též počtem hlavních padáků a způsobem svého přistávání. Při průchodu atmosférou se obě kabiny otočí tepelným štítem po směru letu a zpomalí svůj sestup natolik, že přijde čas otevřít padáky. Zatímco Starliner odhodí svůj tepelný štít, v případě lodi Crew Dragon štít zůstává součástí lodi. Loď SpaceX je také vybavena čtyřmi padáky, zatímco Boeing má o jeden méně. Crew Dragon bude dosedat na hladině oceánu podobně jako všechny předchozí pilotované lodi NASA s výjimkou raketoplánů, které přistávaly jako vztlakové těleso. Starliner je naproti tomu přelomový v tom, že jako první americká pilotovaná kosmická loď bude dosedat na pevnině pomocí airbagů. Než je však bude moci nafouknout, bude nutno odhodit kryt, na kterém byl připevněn tepelný štít. Na pevninu dosedá též ruská kosmická loď Sojuz, která však místo dosednutí na nafukovací vaky zapálí sekundu před přistáním malé přistávací motorky, které dosednutí dostatečně zpomalí.

S problematikou přistávání pak souvisí znovupoužitelnost kosmických lodí. Boeing pro celý program dopravy komerčních posádek postaví celkem tři kabiny lodi Starliner, přičemž tu první po provedeném testu záchrany z rampy už vyřadil z aktivní služby. Jeho lodi jsou také navrženy pro deset použití a očekává, že příprava lodi na další start zabere půl roku.

Podle původní smlouvy s NASA mělo SpaceX pro každý pilotovaný let připravit novou kabinu. Počátkem června však byla uveřejněna informace, že došlo k úpravě smlouvy s firmou SpaceX, která tak od příštího roku bude moci, podobně jako Boeing, znovupoužívat své kosmické lodi pro lety s posádkou. Opakuje se tím scénář, který NASA použila při programu zásobování mezinárodní vesmírné stanice, tenkrát však americká agentura svolila ke znovupoužívání lodí Dragon až od 11. zásobovací mise. Možnost znovupoužití kosmické lodi pak do budoucna rozhodně navýší už tak propastný rozdíl v tom, kolik NASA platí za let jednoho astronauta. Pro srovnání, za jedno sedadlo v Dragonu nyní NASA zaplatí 50 milionů dolarů, v případě Starlineru je to téměř dvojnásobek, 90 milionů. Současně pro tyto mise bude moci SpaceX opakovaně používat i první stupně raket Falcon 9.

Obě kosmické lodě budou do kosmu vynášet velmi spolehlivé nosiče, které jsou výkladní skříní americké kosmonautiky. Proto neuškodí, když si je mezi sebou také porovnáme. Začněme raketou Falcon 9, o které na našem webu bylo napsáno už opravdu hodně. Proto tedy jen v rychlosti. Jedná se o dvoustupňovou raketu na kapalné pohonné látky, jejíž největší výhodou je částečná znovupoužitelnost. Její uvedení na trh znamenalo revoluci v tomto oboru a naplnění snu Elona Muska, který si předsevzal, že vyrobí raketu, která bude opakovatelně využitelná, a to se mu povedlo. Dnes je Falcon 9 ve své třídě bezkonkurenčně nejlevnější raketou a cena stále klesá. Na prvním stupni se nachází 9 motorů Merlin 1D a na druhém stupni je jeden Merlin 1D-Vac.

Spolehlivostí se dnes řadí do čela po bok raket jako Ariane 5 nebo Atlas V, na který se zaměříme za chvilku. Od poslední havárie (Amos-6) Falcon 9 absolvoval 59 úspěšných startů za sebou a pokud se povede i DM-2, tak půjde o jubilejní 60. úspěch v řadě. Pokud ho srovnáme s raketou Atlas V, tak ta má od částečného selhání v roce 2002 celkem 74 úspěšně absolvovaných letů v řadě a pokud bychom měli uvést i statistiku evropské rakety Ariane 5, tak ta absolvovala od roku 2003 až do roku 2017 celkem 82 úspěšných startů za sebou. V následujícím letu ovšem došlo k částečnému selhání nosiče a úspěšná série tak byla přerušena. Falcon 9 je ovšem ze všech těžkých nosičů služebně nejmladší a zatímco druhé dvě rakety v podstatě od svého vzniku létají bez větších změn, nosič firmy SpaceX podstoupil během let spousty úprav a změn, někdy i radikálních. Za obrovské plus rakety Falcon 9 je považován fakt, že je kompletně vyrobený ve Spojených státech a používá americké motory, ale má samozřejmě také své nevýhody, mezi které patří menší aerodynamický kryt a v některých ohledech horší druhý stupeň. Pokud jde ovšem o dopravu posádky, tak nás ani jeden tento parametr nemusí trápit. Navíc společnost pracuje už i na větším krytu.

Základní parametry rakety Falcon 9 v nejnovější variantě Block 5:

• Výška: 70 m
• Průměr: 3,66 m
• Počet stupňů: 2
• Počet motorů: 9x Merlin 1D+, 1x Merlin 1D Vac
• Max. nosnost na LEO: 22,8 t
• Max. nosnost na GTO: 8,3 t
• Celkový počet misí: 85, z toho 83 zcela úspěšných, 1 částečně neúspěšná (CRS-1), 1 zcela neúspěšná (CRS-7) a 1 selhala na rampě (Amos-6)

Pojďme si tedy představit i konkurenční raketu Atlas V, která první let absolvovala v roce 2002. Vychází z řady raket Atlas, které v podstatě provázejí americkou kosmonautiku od počátku. Vynesly již celou řadu velmi důležitých sond a družic, ale také lidí. Nosič Atlas LV-3B byl součástí programu Mercury. Od těch dob se ovšem celá současná raketa značně proměnila a s původními typy má pramálo společného. Nejvýraznější změnou oproti starším verzím je přepracovaný první stupeň, který využívá konstrukci ze slitin hliníku, podobně jako externí nádrž raketoplánů a použití dvoukomorových motorů RD-180 ruské výroby. Raketu Atlas V původně vyvinula společnost  Lockheed Martin, později však došlo ke spojení se společností Boeing a vznikla United Launch Alliance neboli ULA, která provozuje ještě raketu Delta a plánuje moderní nosič Vulcan, který nahradí právě Atlas V.

Pravě ruské motory jsou doslova pod palbou kritiky, a to i ze strany SpaceX, konkrétně Elona Muska. On totiž konkurenční konglomerát ULA, který raketu Atlas V provozuje, nemá příliš v lásce. Po známém prvním představení pilotované kosmické lodi Dragon ho poté v muzeu Newseum blízko Kapitolu obklopila řada novinářů, kterým řekl: „Naším největším konkurentem na mezinárodního trhu s vesmírnými lety je Rusko, a americké letectvo přitom Rusům každoročně posílá stovky milionů dolarů za jejich motory.“ Později pokračoval: „To je pěkně zvrácené. Co to má jako sakra být… Jen si představte, že bychom se vrátili zpět v čase o 40 let a oznámili lidem, že v roce 2014 budou Spojené státy z hlediska přístupu na oběžnou dráhu Země, a to nemluvím o dalších místech jako Měsíc, vydány napospas Rusku? Lidé by si mysleli, že jsme se zbláznili. Něco se musí udělat, abychom se z této patálie dostali ven…“

První stupeň je poháněn kapalným kyslíkem a petrolejem, obě rakety tedy na svých prvních stupních využívají stejné palivo. SpaceX ovšem pro Falcon 9 od verze v1.2 využívá navíc vysoce podchlazený kapalný kyslík, který je u jiných nosičů běžně tankován při teplotě -185 °C, ale Muskova společnost využívá kyslík extrémně podchlazený o teplotě -207 °C. Druhý stupeň Atlasu V se nazývá Centaur a obsahuje motory RL-10 na kapalný vodík a kyslík. Tento druhý stupeň slouží již řadu desetiletí a po celou dobu své existence patří vůbec k tomu nejlepšímu, co lze v raketové technice najít. Jeho výhodou je zejména vysoký podíl paliva vzhledem k celkové hmotnosti. To umožňuje dodat nákladu značnou energii, což je velmi užitečné pro meziplanetární cestování. Atlas V lze na přání zákazníka nakonfigurovat s dvoumotorovou verzi horního stupně, ale byl o ni prakticky nulový zájem. Dvoumotorový horní stupeň Centaur létá pouze při misích s lodí Starliner a v této konfiguraci se s ním počítá až do nahrazení Atlasu raketou Vulcan.

Z unikátního způsobu tankování paliva rakety Falcon 9 plyne další rozdíl mezi oběma raketami. Díky tomuto podchlazení paliva získá sice Falcon 9 vyšší výkon nosiče při zachování původních rozměrů nádrží, má však při startech do vesmíru okamžité startovní okno. Tento fenomén jsme podrobněji rozebírali ve starším článku. Horní stupeň Centaur naproti tomu poskytuje raketě Atlas V komfortní 30 minutové startovní okno. Nutnost provést start Falconu ihned po dokončení tankování také znamená, že posádka musí do Crew Dragonu nastoupit ještě před zahájením čerpní pohonných látek do rakety. Oproti tomu do Starlineru posádka nastoupí až v momentě, kdy už je Atlas V natankovaný.

Raketa Atlas V má také mnohem větší variabilitu i možnosti nastavení než raketa Falcon 9, a to zejména díky možnosti konfigurace různého počtu pomocných motorů AJ-60A na tuhé pohonné látky, které vyvinula již zaniklá společnost Aerojet (dnes Aerojet Rocketdyne). V budoucnu budou nahrazeny motory GEM 63 s podobnými parametry, které v současnosti připravuje a testuje Northrop Grumman.

Základní parametry rakety Atlas V N22 (konfigurace s kosmickou lodí Starliner):

• Výška: 52.4 m
• Průměr: 3,81 m
• Počet stupňů: 2+2 pomocné motory na tuhé pohonné látky
• Počet motorů: 1x RD-180, 2x RL-10
• Max. nosnost na LEO: 13 250 kg na ISS
• Celkový počet startů: 84 (všechny typy raket Atlas V), z toho 1 částečné selhání

V dnešním článku jsme se snažili ukázat, že ač SpaceX i Boeing přistoupily k zadání NASA jinak, výsledkem je, že Spojené státy získaly dvě zcela nové moderní kosmické lodi schopné dopravit posádku na ISS, a to vše za relativně malé peníze (i když Crew Dragon vyšel výrazně levněji než Starliner). Tímto přístupem tak získaly zálohu v případě potíží kterékoliv z těchto dvou společností. Osobně se proto domníváme, že je veliká škoda, že se bezpilotní test lodi Starliner společnosti Boeing v prosinci roku 2019 nepodařil, i v jejich případě se totiž jedná se o zajímavou konstrukci. Žádnému odvětví lidské činnosti navíc neškodí konkurence, nutí jednotlivce i firmy podávat lepší výkony, nabízet lepší zboží či služby, či je nabízet levněji, protože jak se říká, nejlepším raketovým palivem je konkurence. Přejeme tedy oběma firmám mnoho úspěchů při dopravě posádek, je to přeci jen ten nejcennější náklad, který může kosmické plavidlo vynést do hlubin vesmíru.

Nedílnou součástí každé kosmické lodi jsou také skafandry pro posádku. Ty si představíme a srovnáme zase příště.

[starbox id=6,7]