Falconu 9 poprvé od roku 2012 selhal motor za letu, mise byla i přesto úspěšná

Během posledního startu Falconu 9 v rámci mise Starlink v1-5 došlo po 141 sekundách letu k selhání jednoho z motorů Merlin na prvním stupni. Horní stupeň však i přes tuto anomálii nakonec dokázal dopravit šedesátku satelitů Starlink na správnou oběžnou dráhu. Primární mise tedy byla úspěšná, avšak první stupeň po selhání motoru nedokázal přistát. Pro SpaceX jde o první selhání motoru během letu od roku 2012 a také druhé neúspěšné přistání prvního stupně během krátké doby. Pojďme se podívat podrobněji na selhání motoru a následný průběh mise.

Trable SpaceX související s motory začaly už v neděli 15. března, kdy měla mise Starlink v1-5 startovat původně. Tehdy ale krátce po zážehu motorů systém detekoval problém a motory opět vypnul, ještě než raketa vzlétla. Podrobněji jsme o tom psali v samostatném článku, každopádně nejspíš nešlo o velký problém, neboť raketa od neděle zůstala vztyčená na rampě.

Nový termín startu byl nakonec určen na středu 18. března, kdy už odpočet proběhl v pořádku a Falcon 9 přesně podle plánu vzlétl z rampy LC-39A v Kennedyho vesmírném středisku. První stupeň rakety měl číslo B1048.5, takže to pro něj byl již pátý start. Doposud přitom žádný stupeň neletěl více než čtyřikrát, takže tohle byl pro SpaceX další milník v oblasti znovupoužitelnosti raket. Bezprecedentní opotřebení stupně a jeho motorů však možná přispělo k následné anomálii. Vše nejdříve probíhalo dobře, ale 2 minuty a 21 sekund po startu došlo k selhání jednoho z devíti motorů Merlin 1D, které pohánějí první stupeň Falconu 9. Elon Musk po startu oznámil, že se „předčasně vypnul jeden z motorů“, ale z amatérského videa ze země se zdá, že šlo spíše o výbuch (čas 3:51):

Rakety Falcon jsou naštěstí navrženy tak, aby dokázaly dokončit svou misi, i když během letu přijdou o jeden či více motorů. Každý Merlin je totiž oddělen od ostatních pomocí odolné ochranné stěny, která zabraňuje tomu, aby při výbuchu motoru došlo k poškození těch okolních. V případě selhání pak navíc zbylé motory dokážou automaticky vykompenzovat ztrátu části tahu tak, že jednoduše hoří o něco déle. V tomto případě bylo štěstí, že motor selhal jen 11 sekund před plánovaným zhasnutím prvního stupně, a tak byl celkový dopad selhání minimální. Přesto to stačilo k tomu, aby k vypnutí zbylých motorů a oddělení stupňů došlo o pár vteřin později, než bylo původně v plánu.

Druhý stupeň následně zažehl svůj vakuový Merlin a v pořádku doletět na cílovou orbitu, kde bez problému vypustil dalších 60 družic pro internetovou konstelaci Starlink. První stupeň Falconu 9 však dopadl hůře. Pokus o jeho přistání sice začal normálně – stupeň vyklopil roštová kormidla a o pár minut později dokonce provedl zážeh před vstupem do atmosféry – avšak následně se stupeň odmlčel. Během živého přenosu pak vůbec nezaznělo potvrzení zahájení přistávacího zážehu. O něco později pak moderátorka potvrdila, že přistání prvního stupně se nezdařilo.

Elon Musk nedlouho po startu potvrdil, že opravdu selhal motor ještě během vzletové fáze. To prý není až tak překvapivé, jelikož pro raketu to byl již pátý start, a tak byla značně opotřebovaná. A právě z toho důvodu prý SpaceX vyhrazuje rakety s rekordním počtem startů vždy pouze pro vlastní mise, aby firma neriskovala náklady jiných zákazníků. Musk dále poukázal na užitečnost toho, že raketa má devět motorů, a tak je možné dokončit misi i při ztrátě jednoho z nich.

Přesnou příčinu selhání motoru zatím neznáme, ale nejednoho z vás jistě napadlo, zda to nějak nesouvisí s nedělním odkladem, který také způsobil problém s motory. Elon Musk uvedl, že i když by mezi těmito dvěma událostmi teoreticky mohla být nějaká návaznost, jejich souvislost prý zatím není zřejmá. Šéf SpaceX každopádně selhání motoru rozhodně nebere na lehkou váhu. Vysvětlil, že než bude moci proběhnout další start, bude nutné provést důsledné vyšetření celé situace. Nejspíš tedy lze očekávat odklady chystaných misí.

Aktuální mise nebyla první, při které SpaceX zažilo selhání motoru během letu. Motor Merlin 1A způsobil nezdar úplně první mise SpaceX s raketou Falcon 1 už půl minuty po startu. Později byl motor nahrazen modernější variantou Merlin 1C, která selhala pouze jednou, a to na Falconu 9 při misi CRS-1 v roce 2012. Tehdy vybuchl jeden z motorů na prvním stupni přibližně 80 sekund po startu. Letový počítač motor okamžitě vypnul a Falcon pokračoval v letu s 8 funkčními Merliny. Ty musely hořet o něco déle, než bylo původně plánováno, aby vykompenzovaly ztrátu motoru. První ostrá mise s nákladní lodí Dragon nakonec byla úspěšná. Jednalo se o předposlední let Falconu 9 s Merliny 1C a v roce 2013 došlo k přechodu na vylepšený Merlin 1D. Ten během následujících 7 let letěl na více než 80 misích a ani jednou neselhal. Tato šňůra úspěchů však nyní skončila.

A proč se vlastně během aktuální mise Starlink v1-5 nezdařilo přistání prvního stupně? Přesnou odpověď neznáme, ale nabízí se několik možností, které můžeme vyvodit z dostupných dat. Selhání motoru mělo několik přímých následků na pokus o přistání. V první řadě proběhlo oddělení stupňů o něco později, protože zbylých osm motorů hořelo o pár sekund déle, aby se vykompenzovala ztráta části tahu rakety. To mělo za následek spotřebování více paliva (odhaduje se ale jen 60 kg navíc) a zároveň se první stupeň po oddělení nacházel trochu jinde, než bylo původně plánováno. Kombinace těchto dvou faktorů mohla znamenat, že první stupeň jednoduše neměl dostatek paliva na to, aby se dokázal dostat k mořské plošině vyčkávající na domluvených souřadnicích, a přistát na ní.

Důležité je si také připomenout, jak vlastně přistání probíhá. Při některých misích provádí první stupeň hned po oddělení od druhého stupně tzv. zpětný zážeh, při kterém zapálí tři Merliny. Tento zážeh se však u misí Starlink přeskakuje a první stupeň zažehne tři Merliny až před návratem do atmosféry („vstupní zážeh“). V úplném závěru se pak zažehne prostřední Merlin, který hoří až do konce přistání. Vstupní zážeh během mise Starlink v1-5 proběhl, ale otázkou je, jestli byl plnohodnotný. Falcon 9 totiž dokáže po startu znovu zažehnout pouze tři konkrétní motory (prostřední + dva krajní). Zbylých šest motorů nemá přístup k zapalovací směsi TEA-TEB (triethylhliník-triethylboran).

Pokud tedy selhal jeden ze tří motorů potřebných pro přistání, znamenalo by to, že vstupní zážeh musel být proveden jen s dvěma motory. Ty by musely opět hořet o něco déle, aby bylo dosaženo potřebného snížení rychlosti. To je ale méně efektivní z hlediska spotřeby paliva, kterého už tak měla raketa pro přistání příliš málo. A pokud selhal prostřední motor, tak by nejspíš nebylo vůbec možné provést přistávací zážeh a přesně dosednout. Prostřední motor totiž mírně vyčnívá nad krajními motory, aby měl více prostoru pro naklánění během přistávacího manévru. Takže i kdyby byl přistávací software dostatečně pokročilý na to, aby na základě selhání prostředního motoru dokázal jako nouzové řešení zažehnout jeden z krajních motorů, manévrovatelnost rakety by nejspíš nebyla dostatečná (nemluvě o tom, že tah motoru by na raketu působil z neoptimálního úhlu).

Nutno dodat, že zatím nic nenasvědčuje tomu, že vstupní zážeh byl neúplný. Přesto jsem chtěl zkusit porovnat trvání vstupního zážehu s předchozí misí Starlinku, abych zjistil, jestli byl tentokrát výrazně delší. To by totiž mohlo být indikátorem, že opravdy byly zapáleny jen dva motory. Ale bohužel u předchozí mise Starlink v1-4 došlo k výpadku signálu, takže nelze přesně určit, jak dlouhý vstupní zážeh byl. A srovnání s dřívějšími misemi (viz tweet níže) nejspíš není vhodné, protože SpaceX tehdy používalo dost odlišný letový profil. Nicméně i kdybychom znali trvání vstupního zážehu u mise Starlink v1-4, možná by to také nebylo směrodatné. Když se totiž podíváte do press kitů k misím v1-4 a v1-5, které mají stejný letový profil, plánované dokončení vstupního zážehu se z nějakého důvodu liší o 8 sekund. Je možné, že SpaceX přistávací profil trochu upravilo v návaznosti na nezdařené přistání během předchozí mise Starlink v1-4, a tak srovnávání stejně nemá smysl.

Selhání motoru je tak nemalou vadou na kráse jinak úspěšné mise Starlink v1-5. Při ní došlo k posunutí hranice znovupoužitelnosti hned na dvou frontách. Jednalo se o pátý start konkrétního stupně Falconu 9 a zároveň šlo o teprve druhou misi s již použitým aerodynamickým krytem. Jeho dvě poloviny se navíc podařilo opět zachránit, takže teoreticky můžou v budoucnu letět potřetí. Jelikož na každé misi SpaceX letí 10 až 28 Merlinů najednou, jedná se o jeden z nejprověřenějších raketových motorů na světě. Jeho selhání tedy zamrzí, ale na druhou stranu je třeba si uvědomit, že některé z motorů na tomto konkrétním prvním stupni od výroby absolvovaly už kolem 20 zážehů a pětkrát prošly obrovským aerodynamickým náporem při návratu atmosférou a také byly vystaveny horku i mrazu. Když se na to člověk podívá takhle, nepůsobí to už jako tak velké selhání, že?