Historky ze SpaceX: Jak Elon Musk od začátku trval na znovupoužitelnosti

V roce 2012 mělo SpaceX za sebou několik velkých úspěchů s Dragonem a Falconem 9, ale stále to byla mladá firmička. Od svých konkurentů se však odlišovala zcela jiným přístupem k vývoji a výrobě, což hezky zachycuje tento přeložený úryvek z článku z roku 2012. Tom Mueller v něm vypráví o problémech s tradičními dodavateli a také v něm jsou zmíněny vrásky, které inženýrům při vývoji přidělal Elon Musk kvůli přísnému lpění na znovupoužitelnosti. Řeč přijde také na snižování nákladů při vývoji motoru Merlin a materiálu PICA-X.

Falcon 9 byl od začátku navrhován tak, aby byl certifikovaný pro přepravu lidí. Tím je myšleno, že byl kladen větší důraz na spolehlivost. Avionika a řízení jsou trojitě redundantní (stejně jako budou některé senzory v certifikované verzi Atlasu V) a řídicí počítače, které běží na Linuxu, „budou pracovat správně, i kdyby byl vážně poškozen systém,” řekl Elon Musk. Kvůli spolehlivosti bylo zvoleno devět motorů na prvním stupni. „Od chvíle, kdy se odlepí od země, může Falcon 9 klidně ztratit jeden motor a letět dál. Po asi 90 sekundách může ztratit další. I kdyby vybuchl, tak ostatní motory ovlivněny nebudou,“  říká Tom Mueller.

Kvalifikační testování motoru Merlin zahrnují také vložení matice z nerezové oceli do trubek paliva a okysličovadla, zatímco motor běží. Tento test by většinu motorů zničil, ale Merlin běží dál v podstatě netknutý. Každý horní a dolní stupeň je zkušebně zažehnut v Texasu předtím, než je připraven k letu. „V kosmonautice je běžné testovat komponenty a některé systémy,” říká Alan Lindenmoyer z Johnsonova vesmírného střediska v Houstonu, který spolupracoval se SpaceX od roku 2005 jako manažer programu komerčních posádek a dopravy nákladu na ISS. „Ale složit celý stroj dohromady a otestovat ho už tak běžné není. To je úroveň přísnosti, kterou moc často neuvidíte.” Raketa provede statický zážeh na rampě na Mysu Canaveral na Floridě pár dní před startem. A chvilku před startem, když se zažehnou motory, počítače Falconu rychle zanalyzují jejich stav a výkon, a až poté je raketa uvolněna z velkých svěráků a může se vydat k obloze.

Samotné motory Merlin prošly několika úpravami, včetně snížení počtu dílů a zvýšení výkonu a účinnosti. Podle Muellera je Merlin, který se vyrábí pro raketu Falcon 9, rekordmanem mezi motory v poměru tahu vůči váze. Se svými 470 kg dokáže totiž vytvořit tah až 845 kN na hladině moře, což ho řadí na první příčku.

Motory Merlin – stejně jako přibližně 80 % komponentů pro raketu Falcon a loď Dragon, včetně letových počítačů – si SpaceX vyrábí samo. Původně něco takového neplánovali, ale byli k tomu dohnáni z důvodu vysokých cen dodavatelů. Jednou Mueller potřeboval pro Merlin ventil, tak se poptal dodavatele. „Žádal 1,5 roku času a stovky tisíc dolarů na vývoj. Prostě totálně mimo. Tak jsme jim na to řekli: ‚Ne, my to potřebujeme do léta tohoto roku za mnohem, mnohem méně peněz.‘ Oni nám posměšně popřáli hodně štěstí a odešli.” Tak se Muellerovi pracovníci dali do práce. Sami si ventil vyrobili a do léta ho měli kvalifikovaný pro použití s kryogenními látkami.

„Ten dodavatel nás pár měsíců ignoroval,” zmiňuje Mueller, „ale pak nám zase zavolali a řekli: ‚Hele, rozhodli jsme se, že pro vás ten ventil vyrobíme. Chcete si o tom promluvit?‘ My odpověděli, že ne, že už ho máme hotový. Na to se zeptali, jak to myslíme, že ho máme hotový. Na to jsem odpověděl, že ho už máme kvalifikovaný. Jsme hotoví. V telefonu najednou bylo jen ticho, byli v šoku.” Tento scénář se opakoval tak často, že Mueller říká, „aktivně se vyhýbáme dodavatelům součástek pro kosmický průmysl”.

V pár případech se SpaceX dokonce povedlo vylepšit současný stav techniky. Pro tepelný štít Dragonu si vybrali materiál zvaný PICA (Phenolic Impregnated Carbon Ablator) – fenolovými pryskyřicemi sycený uhlíkový ablátor, prvně vyroben pro sondu NASA zvanou Stardust, která měla odebrat prachový materiál z komety a v návratové schránce ho dopravit zpátky na Zemi. Odmítali se ale spokojit s cenou, kterou jim výrobce navrhoval, využili tedy pomoci Amesova výzkumného střediska, které spadá pod NASA, a vyrobili si ho sami. Podle Muellera je materiál PICA-X, který SpaceX vyvinulo, 10krát levnější než PICA. Podle Muska by tepelný štít z materiálu PICA-X dokázal vydržet stovky návratů z nízké oběžné dráhy. Zvládl by ale také náročnější návrat z Měsíce či Marsu.

Musk, který je CEO SpaceX, ale také jejím hlavním designérem, je zapojen prakticky do každého technického rozhodnutí. „Moji raketu znám jako svoje boty,“ říká. „Můžu vám povědět o tepelném zpracování povrchu, kde se mění, proč jsme vybrali tento materiál, svařovací technice… no prostě úplně všechno.“ „Tlačí svoje lidi až na samotný okraj jejich představivosti o tom, čeho je možné dosáhnout. Byly chvíle, kdy jsem si myslel, že je mimo realitu,“ přiznává Mueller. „Když jsem ho poprvé potkal, řekl: ‚O kolik si tak myslíš, že můžeme snížit cenu motoru v porovnání s tím, co jsi odhadoval v TRW?‘ Odpověděl jsem, že tak trojnásobně. On řekl: ‚Potřebujeme ji snížit desetkrát.‘ Myslel jsem si, že je to šílenost, ale nakonec jsme byli blíž jeho číslu!“

Nikdo nedokáže předpovědět, jak dlouho by mohlo trvat dosáhnout plného a rychlého znovupoužití, ale Musk říká: „Je to naprosto rozhodující. Je to klíčové. Považoval bych za neúspěch, pokud by se to SpaceX nezdařilo.“ To naléhání na znovupoužitelnost „inženýry šíleně irituje,“ zmiňuje Max Vozoff, obchodní ředitel SpaceX. „Falcon 1 jsme mohli na orbitu dostat o 2 roky dřív, kdyby Elon tak netrval na znovupoužití prvního stupně. Kvalifikace motoru Merlin byla přehnaná vzhledem k tomu, co co bylo nutné, pokud ho tedy nemáte v plánu ho znovu použít. A inženýři tak jsou frustrovaní, protože tohle není nejrychlejší způsob, jak se dostat do cíle. Ale Elon měl tu svou představu v hlavě a tlačil je do toho, co je těžké. A já ho za to obdivuju“, dodává.

Muskův neustálý tlak se ale vyplatil. Nedávná studie NASA a letectva ukázala, že SpaceX stálo okolo 440 milionů dolarů dostat se z čistého papíru k prvnímu startu Falconu 9 (podle Muska to také zahrnuje většinu vývoje Falconu 1). Kdyby si NASA dala ten samý cíl se současnou strukturou managementu a obvyklými dodavateli, dostali by se ke přibližně 3krát větší částce.

Zdroj: Air & Space Magazine (leden 2012)

Další Historky ze SpaceX:

• Jak zaseknuté ventily Dragonu málem zhatily misi CRS-2
• Obří nádrž za hubičku a nesmyslně drahá klimatizace
• Oprava Merlinu nůžkami na plech pár dní před startem
• Podle čeho byly pojmenovány motory Kestrel, Merlin a Raptor
• Jak SpaceX šetřilo při stavbě rampy SLC-40
• Série videí porovnávající práci v NASA a ve SpaceX
• Kimbalův blog z Kwajaleinu (části 1, 2, 3, 4)