Jak realistický je plán SpaceX provést dva starty stejného Falconu 9 během 24 hodin?

Nedávno jsem náhodou narazil na vlastní článek z roku 2017, ve kterém jsem informoval o tehdejším prohlášení Elona Muska, že extrémně rychlé znovupoužitelnosti Falconu 9 v řádu 24 hodin se možná dočkáme ještě v roce 2017 a nejpozději v roce 2018. Jednalo se však o další přehnaně optimistické prohlášení, neboť ani o dva roky později se SpaceX k něčemu takovému ani zdaleka nepřiblížilo. Zamyslel jsem se tedy nad tím, co by znovupoužití prvního stupně během jednoho dne obnášelo, jak by mohlo vypadat a co mu v reálu brání.

Pošetilost Muskova prohlášení z března 2017 ilustruje především skutečnost, že raketová varianta Block 5, která má být schopná rychlé znovupoužitelnosti, nakonec měla premiéru až v květnu 2018. Musk tedy možná byl přehnaně optimistický nejen ohledně toho, jak rychle bude schopné s Blockem 5 dosáhnout rapidní znovupoužitelnosti, ale také ohledně rychlosti nasazení této varianty do provozu. Nicméně se můžeme přesunout do května 2018, kdy konečně poprvé letěl Block 5 a Elon Musk tehdy upravil svůj odhad a tvrdil, že k demonstraci znovupoužití Falconu 9 během 24 hodin dojde někdy v roce 2019. Jednalo se o další přehnaně optimistický odhad, nebo existuje šance, že něčeho takového letos půjde dosáhnout? Napadá mě několik argumentů pro i proti.

Aktuální rekord v rychlosti opakovaného použití prvního stupně Falconu 9 je 71 dnů (mezi misemi TESS a CRS-15). Zajímavé je, že tehdy šlo ještě o raketu typu Block 4, která nebyla pro znovupoužitelnost tolik optimalizovaná. Rekord pro Block 5 nejspíš padne teď při misi STP-2, na které poletí dva boční stupně z dubnové mise Arabsat 6A. Pokud nedojde k odkladu startu, tyto dvě mise bude dělit 74 dnů, celkový rekord tedy nadále bude držet Block 4. Znamená to tedy, že SpaceX potřebuje minimálně dva měsíce na přípravu prvního stupně na další start i v případě modernějšího Blocku 5?

Bohužel přesně nevíme, co zahrnuje proces inspekce a renovace prvního stupně mezi starty a kolik člověkohodin reálně vyžaduje, ale Elon Musk před časem řekl, že pro renovaci stupně staršího typu Block 4 je potřeba jen 7–10 dnů usilovné práce. Nicméně v případě Blocku 5 má podle Muska tento proces být 10krát rychlejší a cílem je, aby mezi starty nebylo potřeba provádět v podstatě žádné úpravy a aby stačila jen základní inspekce.

Je možné, že už dnes by SpaceX dokázalo celý proces přípravy stupně na další start zkrátit třeba i na pár hodin, pokud by to opravdu bylo nutné, byť za cenu nasazení více lidí, kteří by na stupni pracovali nonstop, ale zatím tomu nic nenasvědčuje. Dá se argumentovat, že momentálně není potřeba s renovací stupně spěchat, protože situaci komplikují další faktory, kvůli kterým by i rychle zrenovovaný stupeň stejně pak jen ležel pár týdnů v hangáru. Aby totiž mohl proběhnout druhý start, musí být připraven také nový horní stupeň, nový aerodynamický kryt, musí se připravit rampa apod. A to všechno je navíc podmíněno tím, že zákazníkova družice bude také připravena včas.

Na druhou stranu, proti tomuto argumentu hovoří nedávná mise RADARSAT, u které to vypadalo, že družice byly připraveny na start už na podzim 2018, přičemž start byl plánován na únor 2019 se stupněm B1050 z mise CRS-16. Jenže při té došlo k nehodě a stupeň neplánovaně přistál v moři. K misi RADARSAT tedy nakonec byl přiřazen stupeň B1051 z mise DM-1, která úspěšně proběhla na začátku března. Dá se předpokládat, že v té době už bylo pro misi RADARSAT vše připraveno a čekalo se jen na kontrolu či renovaci stupně po jeho první misi. Proč tedy start proběhl o více než tři měsíce později?

Bylo to proto, že proces renovace stupně trval tak dlouho, nebo se objevilo něco jiného, co start zdrželo? SpaceX v té době připravovalo Falcon Heavy a další starty, včetně první mise Starlinku, tak možná prostě nebyl dostatek pracovních sil. Také se mohl při přípravách mise RADARSAT objevit nějaký jiný problém, o kterém nevíme – například zdržení výroby horního stupně nebo krytu, či problém s družicemi. Pokud odklad způsobilo něco takového, nebyl by důvod s renovací a následnou přepravou stupně spěchat, ale informací je bohužel málo, takže nelze dojít k jednoznačnému závěru. Nicméně při pohledu z venku to v tomto případě vypadalo tak, že SpaceX nedokázalo stupeň připravit zdaleka tak rychle, jak by mělo být u Blocku 5 možné, i když mělo motivaci renovaci provést co nejrychleji, jelikož mise tou dobou byla v několikaměsíčním skluzu.

Pomineme-li misi RADARSAT, tak SpaceX aktuálně provádí starty méně často než loni proto, že mnohdy čeká na připravenost nákladu zákazníka. Oproti tomu až donedávna to bylo naopak – SpaceX mělo frontu zákazníků, kteří netrpělivě čekali na to, až se jejich mise dostane na řadu, protože SpaceX dohánělo skluz, který vznikl následkem nehod při misích CRS-7 a Amos-6, kvůli kterým Falcon 9 nemohl rok létat. Tato fronta však byla v posledním roce v podstatě vyřízena a tak i když by SpaceX nejspíš v současnosti mohlo startovat častěji, většina nákladů zkrátka ještě není připravena. Z toho důvodu je dobře, že SpaceX rozjíždí Starlink, u kterého bude potřeba vynést co nejvíce družic co nejrychleji, a tak bude možné plně využít kapacity, které si SpaceX dlouhá léta pracně připravovalo:

• Dvě moderní rampy na Floridě, přičemž každá z nich dokáže být připravena na další start už pár dnů po tom předchozím.
• Rakety Falcon 9 a Falcon Heavy ve variantě Block 5, které mají umožňovat rapidní znovupoužitelnost.
• Znovupoužitelné aerodynamické kryty, které by měly umožnit navýšení startovní kadence bez nutnosti navýšit výrobu nových krytů. Kryty, které přistanou do vody místo do sítě na lodi, však nejspíš zatím bude možné použít jen na misích pro Starlink.
• Autonomní destrukční systém (AFTS), který značně ulehčuje organizaci startů raket Falcon z hlediska obsluhy kosmodromu. Díky tomu letectvo dokáže podporovat více startů během krátké doby a rychleji provádět změny konfigurace kosmodromu pro starty různých společností.

Řekněme tedy, že SpaceX bude chtít demonstrovat schopnost provést dva starty stejné rakety během jednoho dne. Co něčemu takovému brání a jak by to mohlo v praxi vypadat? Nejdříve se podívejme, co všechno se musí stát, než může stupeň Falconu 9 po přistání odstartovat znovu:

• Je potřeba zajistit povolenky úřadů FAA a FCC pro dvě po sobě jdoucí mise. Licence od FAA jsou pro většinu startů plošné, ale v případě FCC je nutná nová povolenka pro každý start. Vyřízení může trvat i několik týdnů a uděluje se obvykle na půl roku pro případ odkladů. Tohle všechno ale lze vyřídit předem, takže by to nemělo představovat překážku.
• První mise musí úspěšně proběhnout.
• První stupeň musí úspěšně přistát. Pro potřeby 24hodinové demonstrace však přichází v úvahu jen přistání na pevnině, protože v případě přistání na mořské plošině trvá návrat plošiny do přístavu několik dnů.
• Stupeň musí být po přistání zabezpečen (vypuštění zbytku kyslíku a odčerpání zbytku paliva, případné spálení zbytku samozápalné směsi TEA-TEB apod.).
• Tým techniků musí provést sklopení přistávacích nohou a následně stupeň jeřábem položit na transportér.
• Stupeň by následně nejspíš musel být odvezen na jinou rampu, než odkud startoval poprvé. Rampa je totiž následkem startu vždy mírně poškozena a je potřeba provést několikadenní inspekci a menší opravy v rámci přípravy na další start. První start by tedy mohl proběhnout z rampy LC-39A a druhý z SLC-40, která je vzdálena jen pár kilometrů (případně naopak).
• Stupeň musí být v hangáru zkontrolován, případně je potřeba provést opravy či výměnu některých komponent.
• První stupeň musí být umístěn na transportér/erektor a integrován se zbytkem rakety (nový horní stupeň + aerodynamický kryt s nákladem). Tyto prvky by musely být připraveny v předstihu, ještě před provedením prvního startu.
• Kompletní raketu je potřeba vyvézt na rampu a vztyčit.
• Normálně by poté proběhl statický zážeh, ale v tomto případě by na to nebyl čas, takže by k němu nejspíš nedošlo. Před časem jsem spekuloval, že SpaceX časem přestane před každým startem statické zážehy dělat (alespoň u misí pro Starlink), takže přeskočení zážehu podle mě není nic nepředstavitelného.
• Po vztyčení je potřeba raketu a náklad připojit k pozemní technice (elektřina, přívody pohonných hmot, datové spojení apod.)
• Rampa a její okolí se musí vyklidit a letectvo musí z bezpečnostních důvodů uzavřít její okolí.
• Musí se provést odpočet a pokud to počasí dovolí a počítač nedetekuje žádný problém s raketou, může proběhnout druhý start.

Jak vidíte, těch potřebných úkonů je opravdu hodně a zdržení u kteréhokoli z nich by v podstatě znemožnilo znovupoužití stupně během 24 hodin. Navíc některé z těchto kroků v minulosti SpaceX trvaly klidně i několik dnů. Například zpracování zachráněného stupně po příjezdu v přístavu historicky zabralo třeba 5 dnů. V poslední době ale došlo ke zlepšení a u mise Starlink-1 celý proces trval jen asi 24 hodin (od přesunu na pevninu po položení na transportér). V daném případě dokonce ještě došlo k odmontování nohou, které je časově náročnější než jejich sklopení, takže je tam určitě je prostor pro další zrychlení celého procesu. Vyvezení rakety, vztyčení a její následná příprava na tankování a odpočet je také záležitost na několik hodin. Inspekce stupně po prvním startu by také musela být opravdu minimální, jinak by zabrala moc času. Osobně si tedy myslím, že znovupoužití během 24 hodin je v dohledné době nereálné, ale do 48 nebo 72 hodin by už při značné dávce štěstí možné být mohlo. Najde se ale pro takovou demonstraci příležitost ještě letos?

Rychlé znovupoužití nastíněné výše vyžaduje velice specifickou kombinaci misí. První mise musí být taková, která umožní přistání prvního stupně na pevnině. To vylučuje pilotované mise Crew Dragonu, starty mířící na GTO a také mise pro Starlink, jelikož ve všech těchto případech první stupeň přistává na mořské plošině. Stejně tak můžeme vyloučit, že by taková demonstrace proběhla na Vandenbergově letecké základně v Kalifornii. Odtud totiž v následujících dvou letech proběhne jen hrstka startů a navíc je tu pouze jedna rampa, která navíc není optimalizována pro rychlou kadenci startů, a tak je mezi misemi potřeba provádět několikatýdenní údržbu. Stejně tak můžeme vyloučit Falcon Heavy, protože ten pro naše potřeby nestartuje dostatečně často (navíc renovace tří stupňů by byla časově náročnější než v případě jednoho stupně Falconu 9).

Pro účely 24hodinové demonstrace tak zbývají v podstatě jen mise CRS s nákladním Dragonem. Druhá mise, která by startovala jen den po té první, by pak musela být taková, aby u ní šlo přeskočit statický zážeh (nebo jej alespoň provést s přidělaným nákladem), a ideálně pro zákazníka, který má nadprůměrnou toleranci vůči riziku. Tyto dvě podmínky v podstatě vylučují všechny komerční nebo vládní mise a zbývají tak vlastně jen mise s družicemi pro Starlink. U těch je zákazníkem samo SpaceX, a tak si může dovolit přeskočit statický zážeh a zkusit letět s raketou, která projde jen minimální inspekcí, což je pochopitelně o něco riskantnější než běžný start.

Start CRS-18 je plánován na červenec, CRS-19 na prosinec a CRS-20 na březen 2020. Momentálně to vypadá, že další mise Starlinku je v plánu na září, takže CRS-18 lze vyloučit, ale zbylé dvě mise první fáze kontraktu CRS by čistě teoreticky mohly být dobrými kandidáty. Stačilo by, aby SpaceX naplánovalo jednu z mnoha chystaných misí Starlinku na zhruba stejný termín jako CRS-19 nebo CRS-20 (akorát z vedlejší rampy) a pak už firmě v podstatě nic nebude bránit v provedení pokusu o extrémně rychlé znovupoužití prvního stupně.

Bohužel na závěr je nutno dodat, že kromě rok starého prohlášení Elona Muska zatím nic nenasvědčuje tomu, že by SpaceX takovouto demonstraci v dohledné době opravdu plánovalo provést. Zároveň si osobně myslím, že znovupoužití během 24 hodin je zbytečně extrémní a i kdyby SpaceX předvedlo znovupoužití stupně třeba jen během jednoho týdne, pořád by to bylo víc než úctyhodné a pro praktické využití dostatečné. Doufám, že se něčeho takového brzy přeci jen dočkáme.