Falcon Heavy je konečně tady – co nás čeká a co to znamená pro budoucnost SpaceX?

Falcon Heavy (FH) je nejsilnější variantou rakety Falcon. Poprvé jsme se o ní dozvěděli už v roce 2005, přičemž v roce 2008 byl první start Falconu Heavy plánován na rok 2013. Od té doby byla premiéra neustále odsouvána, ale letos konečně proběhlo finální testování a byl oficiálně oznámen termín startu. Už v první půlce února bychom se tedy mohli dočkat startu této obří rakety. Podívejme se na to, co je Falcon Heavy vlastně zač a také jak vypadala jeho trnitá cesta od rýsovacích prken k premiérovému startu. Zároveň se zamyslíme nad tím, jestli v dnešní době vůbec Falcon Heavy najde dostatečné využití.

O Falconu Heavy

Koncept Falconu Heavy je jednoduchý – v podstatě se jedná o tři první stupně Falconu 9 smontované k sobě (Elon Musk však prozradil, že se tento úkol ukázal mnohem náročnějším, než původně čekal). Raketa disponuje 28 motory Merlin 1D (3 x 9 motorů na spodních stupních a 1 motor na horním stupni). Po startu pojedou oba boční stupně na plný výkon a centrální stupeň naopak na co nejnižší výkon. Po několika minutách se boční stupně odpojí a centrální stupeň bude spolu s horním stupněm pokračovat dál, tentokrát už na plný výkon, načež se po čase také odpojí. Všechny tři spodní stupně se při každém letu nejspíš pokusí přistát, aby mohly být znovu použity. Falcon Heavy má zdaleka největší nosnost z celé rodiny Falconů a je schopen vynést slušný náklad i mimo Zemi. SpaceX však raketu neplánuje využít pro cesty na Mars, k tomu vyvíjí pokročilejší raketu BFR.

Základní údaje:

• Cena: 90 milionů amerických dolarů (reálná cena může být vyšší v závislosti na typu mise a specifických požadavcích zákazníka)
• Nosnost (teoretické maximum v režimu na jedno použití):
  • 63 800 kg na LEO (v případě záchrany stupňů je nosnost zhruba 30 tun)
  • 26 700 kg na GTO (v případě záchrany stupňů je nosnost zhruba 8 tun)
  • 16 800 kg k Marsu
  • 3500 kg k Plutu
• Výška: 70 m (včetně druhého stupně a nákladu)
• Šířka: 12,2 m (průměr stupně: 3,66 m)
• Hmotnost (s palivem): 1 420 788 kg
• Celkový tah (na hladině moře): 22 819 kN
• Palivo: RP-1 a podchlazený kapalný kyslík

Historie

První zmínka o Falconu Heavy (dříve také nazýván Falcon 9 Heavy) se objevila v roce 2005, ještě před prvním startem Falconu 1. V roce 2011 SpaceX už mělo za sebou několik startů Falconu 9 a tedy i lepší představu o plánovaném Falconu Heavy. Firma zveřejnila video oznamující Falcon Heavy (níže) a první start odhadovala na rok 2012 z rampy SLC-4E na Vandenbergově letecké základně v Kalifornii, která tou dobou ještě nebyla postavena. K tomuto startu nikdy nedošlo. První start z Mysu Canaveral byl v roce 2011 plánován na rok 2013 nebo 2014. Nakonec se však první hmatatelné důkazy toho, že SpaceX opravdu vyrábí první exemplář Falconu Heavy, začaly objevovat v roce 2016, kdy internet obletěly fotky aerodynamických špiček bočních stupňů a k Vánocům nám SpaceX nadělilo fotku mezistupně s logem FH.

Rok 2017 se pak nesl v duchu testování hotových stupňů, které byly spatřeny při převozu a během zkoušek v texaském testovacím areálu v McGregoru. Začínalo být jasné, že první start se nezadržitelně blíží. Všechny stupně včetně horního byly nakonec úspěšně otestovány a už v říjnu 2017 byly připraveny na Mysu Canaveral. Jenže překážku představovala rampa, která ještě nebyla kompatibilní s Falconem Heavy.

Podrobnější informace o historii této rakety najdete v článku Vše o Falconu Heavy.

Historická rampa LC-39A

Premiérový start Falconu Heavy měl původně proběhnout z rampy SLC-4E na Vandenbergově letecké základně. Proto je tamní obslužná konstrukce TEL tak velká – je dimenzována pro Falcon Heavy. V průběhu let však došlo k přehodnocení těchto plánů a raketa bude v dohledné době startovat výhradně z rampy LC-39A na Mysu Canaveral. Tato rampa se nachází v Kennedyho vesmírném středisku a v minulosti z ní startovaly slavné mise Apollo a později také raketoplány. SpaceX si rampu v roce 2012 pronajalo od NASA a po provedení potřebných úprav se zde jejich první start uskutečnil v únoru 2017.

Už od začátku se počítalo s tím, že z této rampy bude létat i Falcon Heavy, ale její aktivace nakonec musela být uspíšena a proběhla dříve, než bylo původně plánovano. Důvodem byla nehoda Amos-6 na nedaleké rampě SLC-40, která také patří SpaceX a byla poničena při výbuchu Falconu 9 v září 2016. SpaceX tak nemělo žádnou funkční rampu na východním pobřeží, a tudíž urychlilo zprovoznění budované rampy LC-39A. Daní za toto dřívější uvedení do provozu bylo, že rampa byla zpočátku schopná odbavit pouze Falcon 9. Aby z rampy mohl odstartovat Falcon Heavy, byly potřeba několikaměsíční dodatečné úpravy. Ty nakonec SpaceX z velké části provedlo postupně v prodlevách mezi starty Falconu 9. Společnost úpravy dokončila v prosinci 2017 a ještě před koncem roku pak došlo ke zkušebnímu vyvezení prvního kompletního exempláře Falconu Heavy na rampu.

Tankovací zkoušky a statický zážeh

Během ledna 2018 SpaceX provedlo hned několik tankovacích zkoušek Falconu Heavy na rampě. Bylo to poprvé, co firma zkoušela tankovat ekvivalent tří Falconů 9 najednou a navíc k tomu využívala zbrusu novou pozemní techniku, takže se to neobešlo bez problémů a nějaký čas zabralo vychytávání much. Testování však 24. ledna zakončil úspěšný statický zážeh, při kterém bylo vůbec poprvé zažehnuto všech 27 motorů Merlin najednou. Do té doby byly zkušebně zažehnuty jen jednotlivé stupně, neboť testovací areál v McGregoru není na zážeh kompletního Falconu Heavy vybaven.

Zhruba 10sekundový zkušební zážeh byl úspěšný, což následně potvrdil také šéf společnosti Elon Musk, který o pár dnů později oznámil termín startu demonstrační mise – 6. února 2018.

Demonstrační mise

Demonstrační mise nového typu rakety vždy představuje zvýšené riziko. Falcon Heavy je sice v podstatě slepenec tří Falconů 9, ale přesto je jako celek v mnoha ohledech odlišný. Aerodynamické vlastnosti jsou úplně jiné, přibylo odpojení bočních stupňů a zároveň bude centrální stupeň úplně jinak namáhán, než tomu je v případě prvního stupně Falconu 9. Z toho důvodu Elon Musk už dopředu varoval, že jelikož nejde úplně vše dopředu nasimulovat a otestovat, existuje relativně velká šance, že při demonstrační misi Falconu Heavy něco selže. Z toho důvodu raketa při této misi neponese žádný užitečný náklad.

U takovýchto testovacích letů se na rakety běžně umisťuje jen nějaké bezcenné závaží, které simuluje hmotnost nákladu, ale šoumen Musk se rozhodl vydat jinou cestou. Využil mediálně ostře sledovaný start Falconu Heavy k bezplatné reklamě pro svou druhou firmu Tesla, která vyrábí elektromobily.

Raketa při demonstrační misi do vesmíru tedy nakonec vynese Muskův osobní elektromobil Tesla Roadster. Vůz bude vyslán na oběžnou dráhu kolem Slunce, která bude dosahovat až na vzdálenost oběžné dráhy Marsu. Tesla tak ve vesmíru stráví miliony let. Vůz navíc bude mít v přihrádce knihu Stopařův průvodce Galaxií a také ručník s nápisem “Nepropadejte panice”, který odkazuje na tuto sci-fi knihu od Douglase Adamse. A aby toho nebylo málo, při startu bude v autě hrát píseň Space Oddity od Davida Bowieho.

Odpovědi na nejčastější otázky ohledně vyslání Tesly do vesmíru najdete v samostatném článku.

První Falcon Heavy

Co se týče konkrétní rakety, která poletí na této misi, jedná se tak trochu o Frankensteinovo monstrum. Boční stupně jsou totiž už jednou použité – v roce 2016 absolvovaly mise Thaicom-8 a CRS-9 jako první stupně Falconu 9. Po přistání byly stupně repasovány a modifikovány pro Falcon Heavy. Proslýchá se, že se jednalo o stupně staršího typu Block 2, které byly v rámci procesu repasování vylepšeny na Block 3. Centrální stupeň je pak úplně nový a strukturálně se liší od běžného Falconu 9. Je zpevněn, aby lépe odolával dodatečnému namáhání, kterému jej budou během letu vystavovat boční stupně. Jedná se o stupeň typu Block 3. Horní stupeň je pak nejspíše ve variantě Block 3 nebo Block 4. Všechny budoucí Falcony Heavy však už budou složeny ze stupňů nejnovější varianty Block 5, která je optimalizována pro snadné a rychlé znovupoužití.

Za zmínku stojí také roštová kormidla, která pomáhají s naváděním rakety při přistání. Centrální stupeň disponuje klasickými hliníkovými kormidly, ale boční stupně jsou vybaveny novějším typem kormidel vyrobených z titanu. Důvodem je podle neoficiálních zdrojů to, že boční stupně mají odlišné aerodynamické vlastnosti kvůli tomu, že místo mezistupně mají aerodynamickou čepičku. Jejich ovladatelnost tedy bude horší, a tak potřebují pokročilejší titanová kormidla, která jsou efektivnější.

Letový profil a přistání

Falcon Heavy při startu zažehne všech 27 motorů Merlin 1D na spodních stupních, které zpočátku pojedou na plný výkon. Po nějaké době však budou motory na centrálním stupni přiškrceny. Po odpojení bočních stupňů tak bude v centrálním stupni zbývat palivo na to, aby mohl ještě nějakou dobu urychlovat horní stupeň. Předpokládá se, že po odpojení bočních bloků pojede centrální stupeň opět na plný výkon. Po odpojení centrálního stupně se zažehne vakuový motor Merlin a vynese Teslu Roadster na eliptickou heliocentrickou dráhu, která bude dosahovat až k oběžné dráze Marsu kolem Slunce.

SpaceX se zároveň možná znovu pokusí o záchranu odhozeného aerodynamického krytu, který během letu chrání náklad na špičce rakety před akustickými a atmosférickými vlivy. Společnost už několik let pracuje na tom, aby s těmito kryty, které mají cenu několika milionů dolarů, mohla řízeně přistávat a následně je znovu použít.

Přistání jako takové bude divácky velice atraktivní. Oba boční stupně se po odpojení od rakety pokusí v podstatě současně přistát zpět na pevnině – na přistávacích plošinách LZ-1 a LZ-2 na Mysu Canaveral. Centrální stupeň bude hořet déle, a tak bude v době odpojení od horního stupně moc daleko od pevniny. Bude tedy muset přistát na autonomní mořské plošině Of Course I Still Love You, která bude čekat v Atlantském oceánu. Vzhledem k lehkému nákladu však centrální stupeň bude mít dostatek paliva na provedení zpětného zážehu, který stupeň zpomalí a zároveň nebude muset přistávat moc daleko od pobřeží. Plošina OCISLY se bude nacházet jen nějakých 325 km od pobřeží Floridy (zhruba poloviční vzdálenost oproti běžným přistáním Falconu 9).

SpaceX se tedy sice pokusí zachránit všechny tři stupně premiérového Falconu Heavy, ale neplánuje jejich opětovné použití. Pro boční stupně to bude již druhá mise a firma u stupňů těchto starších variant nepočítá s více než dvěma starty. Centrální stupeň sice letí poprvé, ale jelikož všechny budoucí Falcony Heavy budou složeny ze stupňů ve variantě Block 5, hlavním důvodem záchrany středového stupně při premiérové misi bude kromě dobrého PR (přistání tří stupňů najednou prostě bude spektakulární) také možnost následné analýzy stupně a ověření, že se s dodatečným mechanickým namáháním vypořádal podle očekávání.

Co když dojde k selhání?

Pravděpodobnost selhání Falconu Heavy během demonstrační mise je vyšší než u Falconu 9, takže se nabízí otázka, jak velký dopad na chod SpaceX by případná nehoda měla. Především bude záležet na tom, o jakou nehodu půjde. Pokud by například nějak selhalo oddělení bočních stupňů, což je věc specifická pro Falcon Heavy, tak by to na Falcon 9 nemělo mít velký vliv. Pokud ale půjde o problém, který by se mohl teoreticky týkat také Falconu 9, nemohla by tato menší raketa létat, dokud by se nezjistila příčina a problém se nevyřešil.

Proč to tak trvalo?

Falcon Heavy je často uváděn jako typický příklad neustálých odkladů SpaceX a nesplněných slibů Elona Muska. “Falcon Heavy poletí za půl roku” je mezi fanoušky SpaceX už legendární frází, která byla několik let pravdivá. Osobně si myslím, že neustálé odklady způsobila kombinace několika věcí.

Zaprvé, jak Elon Musk sám prohlásil, firma byla zpočátku poněkud naivní a myslela si, že vývoj Falconu Heavy bude v podstatě spočívat jen ve smontování tří Falconů 9 a bude hotovo. Jenže jak jsem popisoval výše, postupně se ukázalo, že to tak lehké není. Otázkou také je, kolik času firma strávila vývojem původně plánovaného “crossfeedu”, což je způsob distribuce paliva napříč raketovými stupni během letu. Výsledkem je o dost vyšší efektivita a nosnost. Jedná se však o technicky náročné řešení, které dosud nikdo v praxi nevyvinul a SpaceX od tohoto záměru nakonec upustilo.

Situaci dále komplikoval také překotný vývoj Falconu 9. V době, kdy SpaceX představilo Falcon Heavy, byl založen na Falconu 9 v1.0, který je na míle vzdálený současné variantě v1.2 Block 4. Raketa má jiné uspořádání motorů (navíc motory samotné jsou dnes o dost pokročilejší a výkonnější), je mnohem vyšší, používá podchlazené palivo a první stupeň je schopen přistát a být znovu použit. Není tedy náhoda, že první Falcon Heavy se začal vyrábět, až když SpaceX mělo jasnou představu o finální podobě Falconu 9. Tou bude varianta Block 5, která bude mít premiéru možná už na jaře a následně už vývoj raket Falcon víceméně ustane. Kdyby tedy SpaceX uvedlo Falcon Heavy do provozu třeba už před 2 lety (což bylo dost možná technicky proveditelné), všechny změny Falconu 9 by musely být prováděny jakoby nadvakrát, neboť by měly vliv na všechny budoucí exempláře Falconu Heavy.

Na zpoždění Falconu Heavy se podílel taky fakt, že neustálé vylepšování Falconu 9 mělo za následek zvýšení maximální nosnosti této rakety. To vedlo k situaci, kdy některé náklady, na jejichž vynesení byl původně objednán Falcon Heavy, bylo najednou možné vynést obyčejným Falconem 9. Příkladem jsou například loňské mise Inmarsat 5 F-4 a Intelsat 35e. Ty nakonec vynesl Falcon 9, aby zákazníci nemuseli čekat na neustále odkládaný Falcon Heavy.

V neposlední řadě pak s plány SpaceX pro Falcon Heavy zamíchaly dvě nehody Falconu 9 v letech 2015 a 2016.

Budoucnost Falconu Heavy

Možná si teď kladete otázku, jestli vlastně má Falcon Heavy ještě nějaký smysl. V současnosti neexistuje moc zákazníků, kteří by potřebovali vynést náklad tak těžký, že by jej nezvládl vynést levnější Falcon 9, a zároveň by už za pár let mohla mít premiéru raketa BFR, která má zcela nahradit rakety Falcon a loď Dragon. Není tedy Falcon Heavy pro SpaceX jakási slepá ulička?

Reálné datum premiéry megarakety BFR a finální cena jsou zatím dvě velké neznámé. Elon Musk sice chce už za 4 roky vyslat BFR na Mars a raketa má být díky znovupoužitelnosti levnější než Falcon 9, ale osobně si myslím, že jsou to přehnaně optimistiké odhady a je pravděpodobnější, že vývoj bude mít několikaleté zpoždění. Nicméně i kdyby se SpaceX opravdu podařilo nastíněný harmonogram dodržet, pořád je před námi minimálně 5 let, během kterých může Falcon Heavy létat (navíc Falcony budou létat ještě nějaký čas po premiéře BFR). A rozhodně bych se nebál, že pro největší Falcon SpaceX nebude mít využití.

Výše jsem zmínil, že řadu misí původně určených pro Falcon Heavy nyní zvládne obsloužit menší Falcon 9. To je sice pravda, ale je potřeba dodat, že vzhledem k hmotnosti nákladu u takových misí není možné provést pokus o záchranu prvního stupně. SpaceX se tak připravuje o zisk, který by mohlo generovat opakovaným použitím prvního stupně. V takové situaci je proto pro SpaceX výhodnější použít Falcon Heavy. Jeho výroba je sice dražší, ale jelikož i u velmi hmotných nákladů bude možné zachránit všechny tři spodní stupně, které pak firma může znovu použít, pro SpaceX to z dlouhodobého hlediska představuje značné úspory a vyšší zisk. Navíc náklady na opětovné použití Falconů ve variantě Block 5 by měly být výrazně nižší než dnes. SpaceX plánuje, že zachráněné stupně bude možné použít zhruba 10krát, aniž by bylo potřeba provádět velké opravy mezi lety.

Je však potřeba zmínit, že už samotná existence Falconu Heavy – rakety s obrovskou nosností a velmi nízkou cenovkou–, by mohla mít pozitivní vliv na vývoj celého odvětví. Momentálně jsme totiž v takovém začarovaném kruhu. Neexistují družice či jiné náklady, které by využily kapacitu Falconu Heavy, protože rakety schopné vynesení těžkých nákladů jsou v současnosti buď drahé (Delta IV Heavy), ve fázi vývoje (New Glenn), nebo obojí (SLS). A neexistenci těchto nákladů někteří berou jako argument proti vývoji silných nosičů, neboť se pro tyto rakety podle nich nenajde využití.

Levný Falcon Heavy by však teoreticky mohl motivovat kosmický průmysl k tomu, aby začal seriózně zvažovat projekty, které by při současné situaci nebyly profitabilní (kvůli drahé raketě), nebo nebyly technicky uskutečnitelné (neexistuje dostačně silný nosič). Nemluvě o tom, že pokud se Block 5 osvědčí, SpaceX by mohlo postupně snižovat ceny svých raket ještě více, aby navýšilo poptávku. Otázkou však zůstává, jak moc elastický vlastně celý kosmický průmysl je a jak rychle se dokáže přizpůsobit nové situaci.

Nicméně i pokud se tento předpoklad nenaplní, Falcon Heavy najde využití minimálně párkrát ročně u misí s nákladem, který převyšuje maximální nosnost Falconu 9 v režimu se záchranou prvního stupně (zhruba 5,5 tuny na GTO). Příkladem takové mise je Hispasat 30W-6. Ta však odstartuje jen asi týden po prvním Falconu Heavy, takže poletí ještě na Falconu 9 a první stupeň bude zahozen do oceánu.

Falcon Heavy bude navíc v budoucnu použit pro mise STP-2, Arabsat 6A, ViaSat-3 a také pro oblet turistů kolem Měsíce.

Sledujte demonstrační misi

Pokud si dlouho očekávaný start Falconu Heavy nechcete nechat ujít, sledujte web ElonX, kde na profilu demonstrační mise najdete vždy aktuální informace, odkazy na živé přenosy a různé zajímavosti. Start je momentálně plánován na 6. února od 19:30 SEČ, ale mírné odklady kvůli počasí nebo menším technickým problémům by rozhodně nebyly překvapivé. Pokud nechcete na start zapomenout, můžete se také přidat do události na Facebooku, která vám připomene blížící se termín demonstrační mise.