Falcon 9 je tu s námi již 10 let! Jak probíhal jeho vývoj a co všechno od své premiéry dokázal?

Před několika dny oslavilo SpaceX 10 let od prvního startu své rakety Falcon 9. Tato raketa pak během následujících let vynesla na oběžnou dráhu celou řadu velice zajímavých nákladů včetně lidské posádky, byla mnohokrát vylepšena a naučila se přitom i přistávat. V tomto článku se ohlédneme za vznikem jedné z nejzajímavějších raket poslední dekády a shrneme si to nejdůležitější z její 10leté historie.

Počátky Falconu 9

Firma SpaceX vznikla v červnu 2002 a dala si za cíl zlevnit dopravu nákladu do vesmíru a dostat člověka na Mars. Samotný příběh Falconu 9 začal v říjnu 2005, když firma veřejně oznámila jeho vývoj. Nosič měl mít schopnost dopravit na nízkou oběžnou dráhu 9300 kg. SpaceX ale nechtělo, aby bylo jediným investorem, který zafinancuje vývoj nové rakety, přálo si získat státní podporu. Z tohoto důvodu se v roce 2006 přihlásilo do výběrového řízení NASA, do programu Commercial Orbital Transportation Services (zkráceně COTS). Cílem programu bylo pomoci soukromým firmám vyvinout technologie potřebné k dopravě nákladu a posádek na Mezinárodní kosmickou stanici (ISS). Soukromé firmy by vyvinuly nové raketové nosiče včetně kosmických lodí a agentura by následně získala možnost využívat jejich služby. Do programu se přihlásila řada společností a jednoznačně nejznámějším a nejzkušenějším účastníkem byl Boeing. V srpnu 2006 pak NASA vyhlásila vítěze, kterými se staly společnosti Rocketplane Kistler a SpaceX. Firma Elona Muska díky tomuto programu získala pro vývoj své rakety celkem 278 milionů dolarů. Ani tato částka však nebyla definitivní, během let se postupně navýšila na 396 milionů dolarů. Tato částka byla určena na vývoj rakety a nákladní lodi Dragon, jejíž historii a službě jsme se věnovali v nedávném článku v souvislosti s její poslední misí.

První rampa pro Falcon 9

Osm měsíců po získání kontraktu NASA si SpaceX zajistilo svou první startovní rampu na půdě amerického kontinentu, když v dubnu 2007 podepsalo s americkou armádou smlouvu o pronájmu startovní rampy SLC-40. Tato rampa se nachází na Mysu Canaveral a je součástí tamní letecké základny. Původně odtud startovaly rakety Titan. Firma se rozhodla pro takzvanou čistou rampu, zmizet tedy musela původní mobilní servisní věž o váze 6500 tun, některými nazýváná největším pohyblivým objektem na světě. V dubnu 2008 ji SpaceX nechalo zbořit. Jak samotná rampa vypadala před a po zásahu SpaceX, je vidět na fotografiích. Také se můžete podívat na přeložené video ze série Historky ze SpaceX, kde bývalý zaměstnanec SpaceX vzpomíná na nevšední kroky, ke kterým se firma uchýlila při stavbě rampy SLC-40 v zájmu šetření peněz.

Dokument o demolici věže na rampě SLC-40:

Vývoj rakety

Firma si tak ve svém seznamu mohla odškrtnout položku rampa a vrhnout se na to nejdůležitější, vývoj nové rakety, která by byla lepší a silnější než souběžně vyvíjený a v té době stále neúspěšný Falcon 1. V polovině roku 2007, tedy několik měsíců před demolicí věže na rampě SLC-40, zaslalo SpaceX na základnu McGregor testovací první stupeň Falconu 9, který byl v srpnu vztyčen. V listopadu 2007 bylo dokončeno testování motoru Merlin 1C, který narozdíl od svých předchůdců neměl chlazení ablativní, ale regenerativní. Testování motoru zahrnovalo více než 125 zážehů, které celkově trvaly přes 3000 sekund. Ještě v listopadu byl motor instalován na prototyp první rakety a došlo k zážehu. V lednu 2008 následoval již test se dvěma motory, o měsíc později k nim přibyl třetí a pětimotorová verze byla odzkoušena v květnu 2008. Všech devět motorů bylo poté zažehnuto na konci července, kdy tento testovací stupeň vyvinul celkový tah 385,5 tun. Poté následovaly další dvě zkoušky, které však nebyly provedeny v plné délce hoření. K té došlo až v listopadu, kdy během 178 sekund došlo ke spálení 227 tun pohonných hmot a byl dosažen tah 387,8 tuny. Poměrně pozdě prováděný zážeh tehdy vyděsil obyvatele v místech vzdálených i 20 mil od texaské testovací základny.

Společnost se zkrátka po celý rok 2008 úspěšně prokousávala všemi úskalími při vývoji nové rakety a za tuto svou celoroční aktivitu byla pak den před Štědrým dnem odměněna podpisem smlouvy s NASA o zásobování ISS v ceně 1,6 miliardy amerických dolarů. Firma pak ještě stihla do konce roku zaslat na Floridu první i druhý stupeň své nové rakety, kterým dělal společnost i nový erektor určený ke vztyčování nosiče na rampě. Dne 30. prosince pak byla celá raketa zkompletována a připravena k prvnímu vztyčení. Horizontální integrační hangár ale nebyl v té době ještě dokončen, a tak kompletace rakety probíhala velice netradičně – na silnici pod širým nebem, pomocí zapůjčených jeřábů. Když ke všem těmto milníkům přidáme i zářijové první dosažení oběžné dráhy pomocí rakety Falcon 1 při misi RatSat, lze tento rok bez přehánění nazvat v dějinách firmy zázračným.

Přípravy na první misi

V březnu 2009 proběhl na základně McGregor test vakuové varianty motoru Merlin 1C, trval plných 6 minut a spálilo se při něm přes 43 tun paliva a okysličovadla. SpaceX se také neopomnělo pochlubit, že tento motor měl specifický impuls 342 sekund, což je maximum, kterého kdy dosáhl americký motor spalující RP-1 a kyslík (při ostrých misích však byl specifický impuls nižší). Následujících několik měsíců probíhaly strukturální certifikační zkoušky celé rakety, které byly ukončeny v polovině října 2009 dvěma statickými zážehy letového exempláře. Odzkoušený první stupeň byl následně v listopadu odeslán z McGregoru na Floridu. Druhý lednový den roku 2010 podstoupil plný statický zážeh i druhý stupeň rakety Falcon 9 a v únoru i on odcestoval na východ. Ještě tentýž měsíc byla raketa zkompletována a poprvé vztyčena na startovní rampě. Tentokrát však na její špici nebyl aerodynamický kryt, nýbrž maketa kosmické lodi Dragon.

SpaceX nejprve provedlo tankovací test (wet dress rehersal), aby několik týdnů poté, konkrétně 13. března 2010, raketa úspěšně podstoupila i krátký statický zážeh trvající 3,5 sekundy. Vše bylo tedy připraveno pro první start Falconu 9. Proč však byla tak obrovská prodleva mezi statickým zážehem a startem? Čekalo se na svolení letectva ke startu. A nebylo to jednoduché, jelikož se jednalo o první start nové rakety. Když si připomeneme historii SpaceX, jejich první raketa Falcon 1 měla problémy při prvních třech startech, nikoliv jen při inaugurační misi. Premiéra Falconu 9 tedy měla dva cíle. Zaprvé, nepoškodit vybavení startovní rampy a okolních budov letecké základny na Mysu Canaveral – vyřazením této nejdůležitější americké raketové střelnice by totiž byla ohrožena národní bezpečnost. Druhým cílem pak bylo dosažení oběžné dráhy.

Premiérová mise

Den před startem, tedy 3. června 2010, se nad Floridou proháněla silná tropická bouře, kdy během hodiny na některých místech napršelo až 7 cm srážek. Bleskosvody sice zabránily poškození rakety bleskem, ale i tak byl při předstartovní kontrole zjištěn příliš slabý signál telemetrie z druhého stupně. SpaceX se rozhodlo raketu sklopit a odhalit příčinu poškození. Tohoto úkolu se ujal Elon Musk, letový ředitel Tim Buzza a vrchní šéf avioniky nosiče, Bulent Altan. Ten vyšplhal po žebříku k anténám, odklopil kryt a potvrdil, že se do elektroniky druhého stupně dostala voda. Řešení byla dvě, odvézt raketu zpět do hangáru a vyměnit poškozené součástky, což by odložilo start o několik dnů, nebo tu byl ještě jeden nápad, kovbojsky divoký, přesně v duchu SpaceX. Přivezli k raketě horkovzdušný fén a Bulent Altan ze žebříku s jeho pomocí sušil mokrou elektroniku. Když se vše zdálo být v pořádku, zakrytoval otevřené místo zpět a zalepil silikonem. Po krátké diskuzi s účastníky Elon svolil ke startu.

Další den už pak vše klaplo na výbornou – 4. června ve 20:45 SELČ se Falcon 9 odlepil od rampy a o několik minut později dosáhla oběžné dráhy. Pro firmu šlo o třetí dosažení oběžné dráhy v jejích krátkých dějinách. Velice krátce poté došlo ke ztrátě kontaktu s nosičem, baterie byly totiž nadimenzovány tak, aby vystačily pouze na dobu startu. Horní stupeň sám po třech týdnech a 300 obězích Země vstoupil do horních vrstev atmosféry a shořel. Byl to první start Falconu 9, rozhodně však ne poslední. Od té doby uskutečnilo SpaceX dalších 86 startů této rakety.

Postupné vylepšování Falconu 9

Raketa Falcon 9 se v uplynulém desetiletí také několikrát zcela proměnila. Z původní verze nazývané Falcon 9 v1.0 došlo nejprve v září 2013 k přechodu na verzi v1.1. Ta jako první obdržela nové vylepšené motory Merlin 1D, které měly oproti svým předchůdcům výrazně vyšší tah, zvětšily i se i nádrže v obou stupních o 60 %, změnilo se rozmístění motorů na prvním stupni, kdy se z mřížky 3×3 přešlo na takzvaný octaweb, tedy osm motorů v kruhu a jeden centrální. Těmito úpravami se zvýšila nosnost rakety téměř o 50 %. Raketa také nově získala roštová kormidla a přistávací nohy.

Firma se však rozhodla pokračovat v úpravách své rakety i nadále. Falcon 9 v1.1 sice vykonal velký kus práce, ale přesto s ním SpaceX stále nebylo spokojeno. Výkon rakety nebyl dostatečný, proto došlo k dalšímu zvětšení druhého stupně, aby byl schopen pojmout víc paliva, byl zvýšen výkon motorů Merlin 1D a upravila se separace stupňů, aby nemohlo dojít po jejich rozdělení k opětovnému kontaktu. Raketa navíc byla optimalizována pro chladnější palivo a kapalný kyslík. Výsledkem byla raketa Falcon 9 v1.2, která po několika dalších úpravách létá dodnes. Když si všechny tyto změny shrneme, oproti původní verzi v1.0 má v1.2 o 250 % vyšší nosnost, o 65 % vyšší tah motorů a je o 15 metrů vyšší.

Raketa Falcon 9 v1.2 pak v roce 2018 podstoupila ještě jedno finální vylepšení, kterým byl přechod na takzvanou variantu Block 5. Tehdy byl opět trochu zvýšen tah motorů, byl přidán šroubovaný octaweb či vylepšeny heliové tlakovací nádoby, aby se nemohly opakovat nehody, které znamenaly zkázu pro mise CRS-7 a Amos-6. Mezi další úpravy pak patří používání titanových kormidel namísto původních hliníkových, vylepšený druhý stupeň, a nově jsou přistávací nohy rakety sklopné a znovupoužitelné. Řada provedených změn, například zamezení vzniku prasklin na lopatkách turbočerpadla, souvisela s požadavky NASA, aby bylo možno raketu certifikovat pro vynášení astronautů na oběžnou dráhu.

Úspěchy variant v1.0 a v1.1

Pojďme se však alespoň na chvíli vrátit v čase a znovu se zblízka podívat na osudy prvních dvou vývojových variant rakety Falcon 9. Přestože se obě již nějakou dobu nepoužívají, zapsaly se výrazně do dějin firmy. Zatímco zákazníkem první rakety Falcon 9 v1.0 byla pouze americká NASA a nosič vždy letěl pouze s lodí Dragon na nízkou oběžnou dráhu, upravená verze v1.1 už vynášela náklady i pro další zákazníky. Pionýry jsou v tomto směru kanadská kosmická agentura CSA a lucemburská společnost SES.

Během premiéry Falconu 9 v1.1 vyneslo SpaceX pro kanadskou agenturu v září 2013 družici CASSIOPE, co byl na dlouhou dobu rekordně lehký náklad. Při této misi byl navíc poprvé použit aerodynamický kryt a jednalo se také o první start ze západního pobřeží na polární dráhu z rampy SLC-4E na Vandenbergově letecké základně v Kalifornii. Po vypuštění vynášeného satelitu a sekundárních nanosatelitů byl proveden i pokus o restart horního stupně, který byl neúspěšný. Tato na pohled bezvýznamná informace byla však dosti závažným problémem. Pokud chtěl totiž Falcon 9 vynášet náklady na jinou než nízkou oběžnou dráhu Země (LEO), bylo nutno, aby byl horní stupeň schopen provést více zážehů. Technikům se podařilo zjistit, že problém tkvěl v zamrznutí palivového potrubí. Přidali tedy do něj dodatečnou izolaci a o 3 měsíce později mohl nosič vynést telekomunikační satelit SES-8 na dráhu přechodovou ke geostacionární (GTO) po úspěšném restartu druhého stupně.

Počátky znovupoužitelnosti prvního stupně

S raketou Falconu 9 v1.1 souvisí také firemní snaha o znovupoužitelnost kosmických nosičů. Tato vývojová verze nosiče SpaceX se totiž zapsala do dějin firmy i tím, že byla průkopníkem motorického přistávání prvních stupňů. Při téměř každém svém startu na nízkou oběžnou dráhu Falcon 9 postupně prošlápavala cestu k tomu, jak zachránit první stupeň rakety. Vyvrcholením těchto snah měla být mise CRS-7 v červnu 2015, kdy měl první stupeň dosednout na palubu zbrusu nové autonomní plošiny Of Course I Still Love You. Jenže místo prvního úspěšného přistání přišlo selhání nádrže v druhém stupni a zničení rakety. SpaceX si tak připsalo na účet jediné úplné selhání svého nosiče za letu.

Tato anomálie stála SpaceX nejen množství času při následném vyšetřování a ztracený Dragon, ale i možnost zapsat se do dějin prvním motorickým přistáním rakety, která předtím dosáhla hranice vesmíru. V listopadu 2015 bylo totiž SpaceX předstiženo suborbitální raketou New Shepard. Ovoce snah verze v1.1 tak sklidil až její následovník Falcon 9 v1.2, který nejprve v prosinci 2015 přistál na vybetonované rampě na Mysu Canaveral po úspěšném vypuštění družic Orbcomm, aby svůj úspěch úspěch korunoval v dubnu 2016 při slavném a díky NASA i skvěle zdokumentovaném prvním přistání na mořské plošině během mise CRS-8.

Labutí písní Falconu 9 v1.1 pak byl v lednu 2016 start satelitu Jason-3. Tehdy se se sice přistání na plovoucí plošině Just Read the Instructions technicky podařilo, jenže pak povolila jedna přistávací noha a stupeň se po překlopení roztříštil o palubu. Po této misi už SpaceX definitivně přešlo na verzi v1.2, ale i tak se Falcon 9 v1.1 během pouhých 15 startů nesmazatelně zapsal do firemních dějin. Jeho nástupce pak během svých 67 startů zvádl celkově 54 přistání, 19 z nich na pevnině a 35 na mořské plošině.

První lety s již použitými stupni

Rakety SpaceX už tedy uměly přistávat, ale pokud se firemní snažení mělo posunout na další úroveň, bylo potřeba najít dostatečně „šílené“ zákazníky, kteří by byli ochotní svůj náklad nechat vynést na některém z již použitých prvních stupňů. A světe div se, i těch se několik našlo, za všechny je možno jmenovat především firmy SES a Iridium. Oficiální zástupci obou těchto společností se totiž už v první polovině roku 2016 vyjadřovali ve smyslu, že nejsou proti vynesení svých nákladů na „letem prověřeném“ prvním stupni. Šéf Iridia Matt Desch k tomu pak jako pravý byznysmen nezapomněl dodat, že k tomu svolí „za správnou cenu“. Do historie se však mohl zapsat jen jeden zákazník, a tím se stala společnost SES, která 30. srpna 2016 oznámila, že její příští satelit bude vynesen pomocí použitého prvního stupně rakety Falcon 9. Měl se uskutečnit v druhé polovině měsíce října. Pouhé dva dny po tomto oznámení však při rutinním tankování na statický zážeh mise Amos-6 došlo ke katastrofální explozi, zničení satelitu v ceně 200 milionů, rakety Falcon 9 a výraznému poškození startovací rampy SLC-40.

Dnes už slavná mise SES-10 se tak místo v říjnu 2016 nakonec uskutečnila až v poslední březnový den roku 2017. V tom stejném roce našli odvahu tři další zákazníci, kterými byli Space System Loral při misi BulgariaSat-1, NASA v rámci 13. zásobovací mise k ISS a den před Vánoci se znovupoužití stupně dočkala i firma Iridium při vynesení 4. várky svých družic. Rok 2017 byl také posledním v dějinách SpaceX, kdy počet startujících nových raket převyšoval počet těch znovupoužitých. V roce 2018 to bylo 9 nových oproti 11 použitým, v roce 2019 se poměr změnil ještě výrazněji 3:8 a letos zatím na deseti misích letěl jen jeden nový stupeň, všechny ostatní starty byly uskutečněny s již použitými raketami.

Vliv Falconu 9 na globální trh

Díky znovupoužití raket je SpaceX schopno nabídnout svým zákazníkům také výrazně nižší ceny než ostatní zavedené společnosti, které dopravují náklady zákazníkům na oběžnou dráhu. Falcon 9 tím vrátil USA na pozici výrazného hráče na poli komerčního vynášení nákladů. Je to poměrně s podivem, že z této pozice Amerika sestoupila, protože první komerční start byl uskutečněn z území USA, a to už v dávném roce 1962, když byl vynesen první telekomunikační satelit Telstar-1.

V 70. letech měla Amerika při vynášení komerčních satelitů doslova monopol. V dalším desetiletí se pak o vynášení telekomunikačních družic začaly Spojené státy dělit s evropskou raketou Ariane. V 90. letech pak na trh komerčního vynášení vstoupily Rusko a Čína. Po roce 2000 vlajku amerických startů z posledních sil držela firma United Launch Alliance, která poslední komerční start uskutečnila na raketě Atlas V v roce 2009. V následujících několika letech pak počet amerických komerčních startů klesl na nulu. Na tento trh, kde hlavní roli nehrají dobré vztahy s vládou či politická podpora, ale cena a spolehlivost nosiče, vstoupilo SpaceX v roce 2013. Postupem času podíl firmy narostl až téměř k 50 % všech komerčních vynášek. V poslední době pak SpaceX vyhrává přibližně dvě třetiny všech komerčních zakázek, o které se může ucházet. Jak je vidět z následujícího grafu, stalo se tak primárně na úkor startů ruských nosičů. U tohoto grafu bych rád upozornil, že neozhledňuje počet vynesených družic, ani jejich hmotnost, zobrazuje pouze počet komerčních startů jednotlivých nosičů.

Klíčoví zákazníci a zajímavé mise

Zajímavý pohled nabízí i počty startů pro jednotlivé zákazníky. Jak všichni víme, NASA se do historie SpaceX či Falconu 9 zapsala nesmazatelným písmem, a tak není divu, že je v současnosti bezkonkurenčně nejčastějším zákazníkem Falconu 9 s celkem 29 starty. Už na druhém místě je však společnost, která je na tomto serveru velmi často zmiňovaná, za své starty neplatí a má nebezpečně vysoký potenciál NASA předstihnout. Tímto zákazníkem je přímo SpaceX – vlastní náklad firmy letěl už na 12 raketách. Další v pořadí je pak již dlouho známé Iridium s osmi zakázkami, SES (včetně pronájmu družice MonacoSat-1) se sedmi a každý po třech startech má U.S. Air Force a JCSAT. Zde stojí za zmínku, že americké letectvo do budoucna poskočí vzhůru, protože v budoucnu SpaceX vynese další čtyři satelity GPS a je zde možnost zisku dalších kontraktů na vynášky vojenských družic.

Zkusme si ještě v krátkosti připomenout ty nejdůležitější či nejzajímavější mise, které SpaceX během své existence absolvovalo. Na prvním místě stojí za zmínku inaugurační start rakety, její úspěšná testovací mise DSQU, která nejenže světu ukázala, že SpaceX je schopno vyvinout opravdu silnou a novou raketu, ale pomohla firmě uzavřít i jeden z nejdůležitějších kontraktů v její historii. Jen 14 dní po startu této mise podepsala firma Iridium se SpaceX smlouvu o vynesení 72 satelitů na oběžnou dráhu za 492 milionů dolarů. Tato smlouva pak velice usnadnila Gwynne Shotwell jednání s dalšími zákazníky o vynesení jejich nákladu. O významu misí CASSIOPE a SES-8 jsme mluvili už výše.

Poprvé se za hranici zemské oběžné dráhy vydalo SpaceX v únoru 2015 při misi DSCOVR. Tato družice je umístěna v Lagrangeově bodě L1 mezi Sluncem a Zemí a je určená ke sledování vesmírného počasí. Další již zmíněnou misí je pak Orbcomm-2, první úspěšné motorické přistání rakety v dějinách firmy. Předposlední start, který bych rád zmínil, je vynesení teleskopu TESS určeného k hledání planet mimo naši sluneční soustavu. S 365 kg se jedná o dodnes nejlehčí náklad vynesený raketou Falcon 9, z hlediska vědecké hodnoty se však jedná o start dost možná nejdůležitější. Na závěr jsem si nechal zlatý hřeb, misi DM-2, při které Falcon 9 letos v květnu poprvé vynesl astronauty Boba Behnkena a Douga Hurleyho na Mezinárodní kosmickou stanici. SpaceX se tímto okamžikem stalo členem jednoho z nejprestižnějších klubů naší planety – přidalo se do seznamu zemí a raket, které zvládly dopravit lidskou posádku na oběžnou dráhu. Jeho kolegy zde jsou SSSR/Rusko, USA a Čína. SpaceX je v tomto klubu jako jediná firma, protože raketu Falcon 9 a loď Crew Dragon americké NASA pouze pronajímá.

Statistiky

Na závěr našeho ohlédnutí za desetiletím působení rakety Falcon 9 bude asi dobré porovnat statistiky této rakety s ostatními nosiči od roku 2010. Nejčastěji startující raketou tohoto desetiletí je čínský Dlouhý pochod se 197 starty. Na druhém místě jsou pak nosiče odvozené od balistické rakety R-7 Sergeje Koroljova, dnes známé zejména pod jménem Sojuz, které uskutečnily celkem 165 startů. Raketa Falcon 9 je v tomto žebříčku na bronzové příčce, když má přibližně poloviční počet startů oproti Sojuzu. I tak by však dokázalo počtem svých startů předběhnout jak evropskou Ariane 5, tak ruský Proton, které společně v minulé dekádě tvořily hlavní páteř komerční kosmonautiky. V první desítce se pak ještě umístila indická raketa PSLV, japonské nosiče H-2A/B a celkově nám tento seznam uzavírá již vyřazený lehký ruský nosič Rokot.

Pořadí	Raketa	Počet startů	Počet selhání
1.	Rodina raket Dlouhý pochod	197	6
2.	R-7 Sojuz	165	6
3.	Falcon 9 a Falcon Heavy	91	2
4.	Proton	71	8
5.	Atlas V	65	0
6.	Ariane 5	59	1
7.	PSLV	34	1
8.	H-2A/B	33	0
9.	Delta IV Medium/Heavy	29	0
10.	Rokot / Strela	21	1

Ohlédnutí za největšími momenty kosmonautiky v poslední dekádě: