První testovací let Starship zdevastoval rampu a skončil výbuchem, ale přesto jde o velký úspěch

Super Heavy Starship, největší a nejsilnější raketa v historii lidstva, ve čtvrtek konečně odstartovala. A byla to velmi dramatická podívaná! Let sice po 4 minutách skončil výbuchem rakety, ale jelikož šlo o první testovací misi kompletní sestavy s cílem nasbírat co nejvíce dat z reálného letu, pro SpaceX to byl obrovský úspěch (i když většina médií to tak neprezentovala). Rekordní tah desítek motorů Raptor však zdevastoval startovní rampu a její okolí, což pravděpodobně zkomplikuje přípravy dalších testovacích misí. Pojďme si tedy shrnout, jak probíhal první let 120metrové rakety. Co se povedlo, co se nepovedlo, jakých prvenství a rekordů bylo dosaženo a nad čím ještě stále visí otazníky.

Starship je obecné označení pro raketu, kterou SpaceX v nějaké podobě vyvíjí už minimálně od roku 2016, kdy šéf firmy Elon Musk představil koncept marsovské rakety ITS. Ta pak v průběhu let prošla zmenšením, přejmenováním a různými dalšími změnami. Aktuální podoba této rakety zahrnuje 50metrovou kosmickou loď Starship a 70metrový nosič Super Heavy, který má loď v budoucnu dopravit na oběžnou dráhu.

SpaceX v posledních pár letech vyrobilo a otestovalo celou řadu stále více pokročilých prototypů lodi i nosiče na základně Starbase v jižním Texasu, přičemž některé lodě Starship dokonce absolvovaly krátké testovací lety do výšky až 10 kilometrů. Poslední takový let proběhl úspěšně v květnu 2021 a SpaceX následně upřelo své usilí k přípravám prvního zkušebního letu kompletní („integrované“) sestavy lodi Starship a nosiče Super Heavy, který nikdy předtím neletěl. Tato napjatě očekávaná mise byla původně označována jako orbitální, ale později byly její parametry upraveny na téměř orbitální. To znamená, že Starship by při ní téměř dosáhla oběžné dráhy, ale kvůli nízkému perigeu by ve výsledku obletěla Zemi pouze ze tří čtvrtin a poté samovolně opět klesla do atmosféry.

Na první integrovanou misi se původně měly vydat prototypy Starship S20 a Super Heavy B4 už před rokem, ale jelikož tehdy zbývalo ještě hodně práce na přípravách startovní rampy a související infrastruktury, SpaceX se rozhodlo tyto prototypy přeskočit. K této testovací misi proto byly nakonec přiřazeny pokročilejší prototypy Starship S24 a Super Heavy B7. Ty obsahovaly řadu vylepšení jako například nové motory metanovo-kyslíkové Raptor druhé generace nebo upravenou konstrukci. Oba prototypy prošly v průběhu minulého a začátkem letošního roku zevrubnými pozemními testy, které nejdříve prověřily těsnost a strukturální pevnost nádrží a později také došlo na testovací zážehy motorů na lodi i nosiči a kombinované tankovací zkoušky na rampě.

Souběžně s tím SpaceX dokončilo výstavbu startovní rampy, která zahrnuje bytelný vypouštěcí stůl, přes 140 metrů vysokou integrační věž s mechanickými rameny a rozsáhlou tankovací farmu, ve které jsou skladovány pohonné látky a další tekutiny potřebné při tankování rakety před startem.Zároveň se čekalo na vyřízení startovního povolení od Federální letecké správy (FAA). Nakonec se podařilo vše připravit letos v dubnu a SpaceX tak mohlo přejí k finálním přípravám na první integrovaný let největší a nejsilnější rakety v historii.

Start měl původně proběhnout v pondělí 17. dubna 2023, ale odpočet musel být přerušen ještě před zážehem motorů kvůli zamrzlému tlakovacímu ventilu na nosiči Super Heavy. Plně natankovaná raketa proto musela být opět vyprázdněna. Avšak i když jsou pohonné látky v takové situace přečerpány zpět do pozemních nádrží, dochází přitom ke značným ztrátám vlivem odpařování a dalších procesů. SpaceX tedy před příštím pokusem o start muselo doplnit chybějící látky do nádrží. To zahrnovalo minimálně 100 tahačů s cisternami, které do Starbase v následujících pár dnech dovezly nové zásoby dusíku, kyslíku a metanu. Technici zároveň mezitím pracovali na opravě zaseknutého ventilu a pravděpodobně dalších menších problémech, které odhalil první pokus o start.

 

Reparát byl nakonec naplánován na čtvrtek 20. dubna a k překvapení mnohých se raketě opravdu podařilo odstartovat v 15:33 středoevropského letního času. Šéf SpaceX Elon Musk už dopředu upozorňoval, že jelikož jde o první testovací let Starship, rozhodně se neočekává kompletní úspěch (tedy překonání hranice kosmického prostoru a následný test návratu lodi Starship do atmosféry s dopadem u Havajských ostrovů). Komentátoři SpaceX pak i v živém přenosu avizovali, že za úspěch bude považováno i jen to, že se raketa odlepí od země a vyletí dostatečně daleko, aby při očekávaném selhání nepoškodila startovní rampu. Cokoli navíc SpaceX bralo jako příjemný bonus, protože každá další sekunda letu by pro inženýry představovala kvanta nesmírně cenných dat z fungování motorů a celé rakety v reálných podmínkách.

Problémy se tedy očekávaly a otázkou bylo jen to, jak závažné budou a jak brzy vystrčí růžky. Nakonec se první potíže objevily hned po zážehu 33 motorů Raptor na nosiči Super Heavy. Raketa totiž vzlétla, ale v podstatě od začátku letěla se třemi nefunkčními motory. Zatím není jasné, jestli se motory vůbec nezažehly, nebo selhaly krátce po startu. Spekuluje se, že motory byly poničeny odlétávajícími kusy betonu pod vypouštěcím stolem, který roztrhala startující raketa (k tomu se ještě dostaneme). Podstatné je, že Super Heavy měla už od začátku handicap ve formě 10 % nefunkčních motorů. Proto se odlepovala od rampy poněkud líně a navíc ve viditelném náklonu. Ten možná byl záměrný, aby se raketa vyhnula věži, ale pokud to nebylo plánované, mohlo to být způsobeno tím, že vypadlé motory se nacházely na jedné straně rakety. To mohlo teoreticky vést k nárazu stoupajícího stroje do vypouštěcího stolu, což potenciálně způsobilo další škody. Jedná se však jen o spekulace. Podle grafiky v oficiálním přenosu selhal čtvrtý Raptor přibližně 40 sekund po vzletu, pátý o 20 sekund později a šestý kolem 01:40. Grafika ale asi nebyla úplně přesná, protože později bylo vidět, že v jeden okamžik bylo mimo provoz celkem 8 Raptorů, i když přenos ukazoval nižší počet.

Tím ale problémy neskončily. Během letu totiž nejspíš došlo ke zničení jedné nebo obou hydraulických jednotek (Hydraulics Power Unit), které se nacházejí na vnější straně Super Heavy a zajišťují naklápění 13 středových Raptorů pro účely řízení rakety během letu. Necelé tři minuty po startu se měly vypnout motory na Super Heavy a měla se odpojit loď Starship, ale k tomu vůbec nedošlo. Raketa místo toho začala na obloze doslova dělat salta a ztrácet výšku, načež přibližně 4 minuty po startu se zřejmě rozlomila a poté let ukončila automatická aktivace destrukčního systému. Trosky dopadly do Mexického zálivu zhruba 40 km od pobřeží.

Raketa ve výsledku dosáhla maximální výšky 39 kilometrů a rychlosti přes 2100 km/h. Překonala tedy rychlost zvuku a okamžik max Q, kdy je raketa vystavena největšímu mechanickému namáhání. Jelikož ale nefunkční motory způsobily, že raketa zrychlovala a stoupala pomaleji, než měla, max Q pravděpodobně nastalo jindy a mělo jiné parametry než při letu, který by probíhal podle plánu. Na druhou stranu, nebeské kotrmelce, které raketa předvedla v závěrečné fázi letu, dost možná představovaly ještě vyšší namáhání, než kterému by stroj byl vystaven při nominálním letu. Strukturální odolnost rakety je tedy evidentně velmi dobrá.

Co se tedy během letu vlastně stalo? Již zmíněné pomalejší stoupání a nabírání rychlosti kvůli několika nefunkčním motorům pravděpodobně zcela rozhodilo harmonogram letu. Oddělení lodi bylo podle oficiální dokumentace plánováno zhruba 3 minuty po startu ve výšce 64 km, jenže při testovacím letu měla raketa tou dobou výšku jen 37 km a rychlost 1747 km/h. Pro srovnání, první stupeň Falconu 9 se při poslední misi Starlink odděloval při rychlosti 7900 km/h. Samozřejmě jde o úplně jiné rakety, ale je jisté, že k oddělení Starship má při nominální misi dojít při mnohem vyšší rychlosti než 1747 km/h. Raketa tedy zřejmě musela ignorovat původní harmonogram letu a snažila se kompenzovat ztrátu motorů delším hořením Super Heavy ve snaze dosáhnout potřebné výšky a rychlosti před vysláním příkazu k oddělení Starship. To byl ale nemožný úkol, jelikož čtvrtina motorů byla nefunkční, a tak raketa neměla dostatečný tah. Navíc zřejmě došlo ke ztrátě kontroly, k čemuž nejspíš přispělo zmíněné selhání hydrauliky, které vedlo k omezení nebo kompletní ztrátě schopnosti rakety ovlivňovat směr letu pomocí naklápění Raptorů. Grafika během živého přenosu také ukazovala podezřele rychle ubývající kyslík v nádrži Super Heavy, což by mohlo značit nějaký další problém.

Druhým potenciálním vysvětlením salt je, že řídicí software nebyl připraven na extrémní situaci, ve které se ocitl, a snažil se vykonat manévr pro oddělení Starship, i když ještě nebylo dosaženo správné výšky a rychlosti. Způsob odpojení Starship je velmi nevšední. Plán byl takový, že Super Heavy naklopí své středové motory, aby dostala celou sestavu do otáčení podél svislé osy, načež by došlo k vypnutí motorů, odjištění zámků a oddělení Starship pouze pomocí odstředivé síly. Podobným způsobem SpaceX vypouští družice Starlink. Výhodou je, že jde o velmi jednoduchou metodu, jež nevyžaduje žádné komplikované oddělovací mechanismy, které mohou selhat a navíc představuju nadbytečnou hmotnost. Super Heavy by po oddělení Starship pokračovala v otáčení o 180°, načež by znovu zažehla část svých motorů a začala se vracet směrem k pevnině kvůli přistání. Loď Starship by po „odhození“ také zažehla své motory, srovnala svůj směr a pokračovala v cestě na oběžnou dráhu. Možná tedy nějaká naprogramovaná logika v řídicím softwaru vedla k rozhodnutí provést oddělení i v nenominální situaci. Tuto teorii ale nabourává fakt, že během salt se vůbec nevypnuly motory. To tedy nahrává spíše prvnímu vysvětlení, že raketa prostě ztratila kontrolu a motory hořely dál, protože software se pořád marně snažil dostat stroj do potřebné výšky pro oddělení lodi, i když už nedokázal udržet raketu ve stabilní poloze. Doufám, že SpaceX časem prozradí, co a jak přesně během letu selhalo, abychom si mohli udělat lepší obrázek.

Tolik tedy k letu samotnému a nyní se vrátíme zpět na zem, kde start Starship napáchal velké škody na rampě a jejím okolí. Tah 30 Raptorů (ekvivalent náporu více než 6200 tun) totiž zcela zdecimoval beton a pod vypouštěcím stolem vytvořil hluboký kráter, načež se úlomky betonu vysokou rychlostí rozletěly po okolí. Dopadaly až do moře ve vzdálenosti stovek metrů, poškodily hlavní silnici u rampy, zničily auto s webkamerami portálu NASA Spaceflight a především způsobily škody na nádržích tankovací farmy. Bez úhony nezůstal ani pradědeček Starhopper, úplně první prototyp Starship, který absolvoval krátký testovací let v roce 2019.

Navíc start zvířil obrovský oblak prachu, který pak nadělal paseku v několik kilometrů vzdáleném městě Port Isabel. Zdejší domy a auta byla pokryta vrstvou prachu a také se objevila zpráva o minimálně jednom rozbitém okně vlivem silných vibrací vzniklých při startu.

Ke škodám pod vypouštěcím stolem došlo kvůli tomu, že rampa není vybavena vodním systémem, který by tlumil akustickou sílu raketových motorů, ani deflektorem spalin, který by dokázal nápor Raptorů odklonit bezpečným směrem. Ze strany SpaceX šlo o experiment, o kterém Elon Musk mluvil už v roce 2020. Tehdy řekl, že SpaceX se bude snažit, aby nebylo potřeba vybudovat deflektor, ale zároveň dodal, že se to může ukázat jako chybné rozhodnutí. SpaceX totiž původně plánovalo vybudovat rampu s deflektorem a jeho podoba byla dokonce v minulostí k vidění v oficiálních vizualizacích a na Floridě, kde tehdy začínala stavba druhé rampy pro Starship:

Následně ale došlo k přehodnocení plánů a firma se chtěla bez deflektoru obejít. Primárním důvodem nejspíš bylo, že Starbase je v podstatě na úrovni hladiny moře, takže velmi tenké podloží neumožňuje vyhloubení velkých příkopů pro směrování spalin pryč od infrastruktury rampy. V Kennedyho kosmickém středisku na Floridě je situace podobná, a tak když tu NASA budovala rampy pro lunární raketu Saturn V, musela na místo nejdříve navézt obrovské kopce nové zeminy. Tím se rampa navýšila a vznikl prostor pod ní pro šachty sloužící k odvádění spalin. Něco takového je časově i finančně náročné, a nejspíš proto se tomu SpaceX chce vyhnout.

Vodní systém pro rampu ve Starbase však v plánu byl. Elon Musk aktuálně vysvětlil, že SpaceX už před třemi měsíci začalo připravovat masivní ocelový plát chlazený vodou, který by byl ve Starbase umístěn pod vypouštěcí stůl. Mělo by jít o dva ocelové pláty s dírami, které by byly umístěny pod stůl, přičemž mezi pláty by protékala voda a tím ocel při startu chladila. Systém však podle Muska nebyl připraven včas a tým na základě dat únorového testovacího zážehu 31 motorů na Super Heavy mylně usoudil, že beton pod stolem by měl jeden start vydržet. Tento předpoklad se ale nenaplnil, k čemu jistě přispělo i to, že při onom testovacím zážehu měly motory omezený tah na 50 %, zatímco při integrovaném letu už jely na 90 %.

Co tedy výsledek letu a stav rampy znamená pro budoucí testovací mise Starship? Věčný optimista Elon odhaduje, že rampa bude připravená na start do dvou měsíců, ale to asi nikdo nebere moc vážně. Například jeden bývalý zaměstnanec SpaceX odhaduje, že opravy zaberou 4–6 měsíců. Komponenty pro vodou chlazený plát už sice byly ve Starbase spatřeny a nějaké práce týkající se instalace souvisejícího potrubí už proběhly, ale to je jen jedna část skládačky. I pokud je vypouštěcí stůl staticky neporušený, na rampě bude pravděpodobně potřeba opravit a vylepšit hodně věcí. Objevily se však náznaky, že zbrusu nový vypouštěcí stůl, který byl původně vyroben pro budovanou floridskou rampu pro Starship, bude převezen do Starbase. Pokud je to pravda, mohlo by to urychlit opětovné zprovoznění poškozené rampy.

Navíc je také potřeba otestovat prototypy pro příští misi. Těmi by měly být Super Heavy B9 a Starship S26, ale je možné, že SpaceX ještě upraví plány na základě dat z prvního letu a také podle toho, jak dlouho zabere oprava rampy. Každopádně v tomto ohledu je dobrou zprávou to, že prototypy B9 a S26 už absolvovaly tlakové zkoušky s kryogenním dusíkem a měly by už mít nainstalované Raptory. Tyto exempláře jsou zase o něco pokročilejší než B7 a S24. Především využívají vylepšené motory Raptor, které už pro naklápění využívají elektrický systém místo toho hydraulického. Hydraulika byla zcela odstraněna, takže i oddělení Starship nejspíš bude zajištěno elektricky. Tyto změny by měly vyřešit řadu neduhů, které trápily první testovací let. Prototyp Super Heavy B9 navíc má vylepšené ochranné okrytování motorů, což by mohlo pomoci s jejich spolehlivostí. Starship S26 však není vybavena tepelným štítem ani řídicími klapkami, jelikož při jejím testovacím letu není v plánu provést pokus o návrat do atmosféry.

Další potenciální překážkou pak může být úřad FAA, který nyní bude provádět vyšetřování selhání při testovacím letu Starship (běžný proces při jakékoli anomálii). Pokud úřad usoudí, že škody, které Starship při svém prvním startu napáchala na okolí, jsou nepřípustné, mohlo by to vést ke komplikacím se získáním povolení pro další testovací misi. Úřad by třeba mohl nakázat vybudování klasického deflektoru spalin nebo implementaci nějakých dalších opatření, která mohou být časově náročná. Druhý integrovaný let Starship bych osobně očekával až tak koncem roku, ale pokud se při něm osvědčí vylepšená rampa, mohly by pak další testovací mise následovat v rychlejším sledu. Ostatně, SpaceX prý letos plánuje ve Starbase vyrobit celkem 5 raket Super Heavy a 8 lodí Starship.

Otázkou také je, kdy SpaceX plánuje zprovoznit svou floridskou rampu. Práce v posledních měsících moc nepokročily, ale je možné, že firma čekala na výsledek prvního letu a nyní přizpůsobí stavební plány na základě získaných poznatků. V dohledné době bych ale odtud start neočekával, i s přihlédnutím k tomu, že SpaceX plánuje zpočátku převážet prototypy Starship a Super Heavy ze Starbase na Floridu, což by zdejší starty mohlo značně urychlit.

I když testovací let skončil předčasně a nedosáhl ani hranice kosmického prostoru, bylo při něm překonáno několik rekordů a SpaceX získalo pár prvenství:

• Start největší rakety v historii. Starship má kolem 120 metrů, zatímco dosavadní rekordman Saturn V měl jen 110 metrů.
• Start rakety s největším celkovým tahem v historii. I pokud zohledníme, že hned od začátku běželo jen 30 motorů s tahem omezeným na 90 %, představuje to tah přes 60 MN, což je více než Saturn V (35 MN), sovětská N1 (45 MN) i SLS (39 MN).
• Start rakety s největším počtem motorů v historii. Starship má na prvním stupni 33 motorů, zatímco sovětská N1 jich měla 30 a Falcon Heavy má 27.
• První start orbitální rakety s motory, které využívají uzavřený spalovací cyklus typu „full-flow staged combustion“.

Velká část médií se však upnula hlavně na výbuch rakety během testovacího letu a označovala jej za jednoznačné selhání a neúspěch. Ale jak SpaceX a Elon Musk před startem mnohokrát vysvětlovali, cílem nebyl kompletní úspěch, nýbrž získání co nejvíce dat během reálného letu. V tomto ohledu šlo o úspěšný test, jelikož raketa nevybuchla hned na rampě a letěla po dobu několika minut, což je možná více, než v co vůbec SpaceX doufalo. Lidé z oboru tohle chápou, což šlo vidět na gratulacích ke SpaceX, které se objevily po startu. Současní i bývalí astronauté, šéfové ESA i NASA a novináři z oboru v podstatě jednohlasně blahopřáli k úspěšnému testu. Dobře to v rozhovorech shrnuli například bývalý astronaut Chris Hadfield nebo Čech Yemi A.D., který má za pár let ve Starship obletět Měsíc v rámci mise dearMoon, a přesto v něm výsledek testu nevyvolává hrůzu a bere jej jako úspěch a těší se na příští starty. Oproti tomu laická veřejnost a tradiční média let Starship převážně prezentovala jako neúspěch (čest výjimkám).

Často se objevovala srovnání s loňskou misí Artemis I, což byl první start rakety SLS. Jenže to je srovnávání jablek s hruškami, jelikož tyto dvě mise měly zcela odlišné cíle. NASA potřebovala a chtěla, aby první let SLS byl kompletně úspěšný, a tomu také přizpůsobila způsob vývoje a testování, který byl velmi opatrný a zahrnoval roky dílčích testů a dalších pozemních zkoušek. Výsledkem byl úspěšný start hned napoprvé, ale daní za to bylo několik roků zpoždění vývoje, překročení rozpočtu a skutečnost, že jeden start SLS vyjde na několik miliard dolarů. Oproti tomu SpaceX preferuje rychlé prototypování, kdy vezmete experimentální raketu, o které víte, že je nedokonalá a v podstatě už zastaralá, ale místo nekonečných analýz a simulací (s mnoha neznámými a potenciálně mylnými předpoklady) chcete co nejdříve získat data z reálných letů. Už dopředu se ví, že raketa pravděpodobně selže před dokončením mise, ale je to relativně levné a inženýři takto získají nesmírně cenná letová data a objeví spoustu nedostatků mnohem dříve, než kdyby ztráceli čas zdlouhavými analýzami nevhodného řešení. A tyto poznatky a zkušenosti pak můžou rychle implementovat do dalších prototypů a celý cyklus zopakovat, dokud se vše nevychytá. Tento testovací let zkrátka byl jakýmsi „úspěšným selháním“, nikoli neúspěchem.

---

Přispějte prosím na provoz webu ElonX, aby mohl nadále zůstat bez reklam. Podpořte nás pomocí služby Patreon či jinak a zařaďte se tak po bok ostatních dobrodinců, kteří už finančně přispěli. Děkujeme!