SES-10: Začátek nové éry kosmonautiky?

Na noc ze čtvrtka na pátek SpaceX plánuje další start rakety Falcon 9, která vynese telekomunikační satelit SES-10 na oběžnou dráhu. Jedná se o potenciálně přelomový start, neboť při této misi dojde vůbec poprvé k opětovnému použití prvního stupně rakety, který už má jednu misi za sebou – v dubnu 2016 pomohl vynést zásobovací loď Dragon k ISS a následně ladně přistál na plovoucí plošině v Atlantiku. Nyní ta samá raketa možná vstoupí do historie jako první znovu použitá orbitální raketa na kapalná paliva.

Proč je tato mise významná?

Už od počátků kosmonautiky lidé snili o znovupoužitelném technologickém systému, který by umožnil levnější vesmírnou dopravu. Bez znovupoužitelnosti totiž rakety budou vždy extrémně nákladnou záležitostí. Od dob Apolla se objevilo několik vážných pokusů o znovupoužitelnost, z nichž tím nejznámějším je americký raketoplán. Možnost opakovaného použití urychlovacích bloků a raketoplánu samotného zněla slibně, ale v praxi se ukázalo, že proces inspekce a renovace je tak složitý a časově i finančně náročný, že se ve výsledku zjistilo, že provoz raketoplánů je dražší než klasická raketa na jedno použití. Tento experiment tedy nevyšel a vrhl tak negativní stín na všechny budoucí pokusy o znovupoužitelnost.

Společnost SpaceX byla založena s cílem umožnit kolonizaci Marsu prostřednictvím snadno a rychle znovupoužitelných raketových systémů. Vizionářský zakladatel Elon Musk se celé roky potýkal s posměchem a pesimismem ohledně svých plánů na opakované použití prvních stupňů jeho rakety Falcon 9, které by po startu a splnění své hlavní funkce – urychlení druhého stupně s nákladem – vertikálně přistály pomocí svých motorů. O něco takového se v té době nikdo ani nepokusil, natož aby uspěl.

Prvním potřebným krokem k naplnění tohoto snu bylo zachránit alespoň jednu raketu. Po mnoha neúspěších se první přistání zdařilo v prosinci 2015, když raketa během mise Orbcomm-2 měkce dosedla na přistávací plošinu LZ-1 na Mysu Canaveral. SpaceX následně mohla stupeň podrobně zkontrolovat a ověřit si, k jak velkému opotřebení jednotlivých komponent došlo a zda je vůbec ekonomické provádět renovaci. Výsledky nejspíš byly pozitivní, protože společnost se velmi rychle rozhodla, že některé ze zachráněných stupňů se pokusí použít znovu. Mise SES-10 tak bude představovat hlavní zkoušku. Zachránění stupně je jedna věc, ale ještě důležitejší je dokázat, že stupeň je schopen bez úhony přečkat druhou misi.

Nedávno jsme se dozvěděli, že renovace prvního stupně určeného k opakovanému použití při misi SES-10 nakonec zabrala zhruba 4 měsíce. SpaceX se však od té doby daří tento proces postupně zkracovat. Aktuálně jim prý zabere už jen nějakých 6–8 týdnů a během několika málo měsíců se očekává další zkrácení na pouhé 2–4 týdny.

I když mnoho prvenství v oblasti znovupoužitelnosti technicky vzato patří raketoplánu, opravdová revoluce by mohla nastat až v případě úspěchu mise SES-10. Pokud SpaceX prokáže, že její koncept záchrany a opakovaného použití prvních stupňů je realizovatelný a zároveň společnost zvládne provádět opravdu rychlou (a tudíž nejspíš i levnou) renovaci, mohlo by to znamenat přelom na poli kosmonautiky, který raketoplán sice sliboval, ale nakonec jsme se jej nedočkali, neboť znovupoužitelnost raketoplánu nevedla ke zlevnění cen za vynesení nákladu do vesmíru.

Útrapy prvního stupně č. 21

Cesta prvního stupně, který poletí na misi SES-10, začala v kalifornském Hawthorne, kde byl pravděpodobně někdy během roku 2015 vyroben se sériovým číslem B1021 (zkráceně č. 21). Následně byl po silnici převezen do Texasu, kde SpaceX provozuje vlastní testovací komplex v McGregoru. Zde byl se stupněm 5. února 2016 proveden dlouhý testovací zážeh všech motorů, což je běžný postup pro nové stupně. Test proběhl bez problémů, ale o pár dnů později došlo během dalších kontrol k blíže neurčenému incidentu, při kterém byly poškozeny trysky většiny motorů Merlin. V McGregoru byly následně provedeny opravy a stupeň byl koncem března odvezen na Mys Canaveral. Zde byl v integračním hangáru u rampy SLC-40 spojen s druhým stupněm a lodí Dragon a 5. dubna 2016 byl proveden rutinní statický zážeh.

O tři dny později, tedy 8. dubna 2016, raketa odstartovala směrem k Mezinárodní vesmírné stanici (ISS) v rámci mise CRS-8 a po 2 a půl minutách letu proběhlo oddělení stupňů. Druhý stupeň pokračoval v cestě na ISS, zatímco první stupeň se pomocí několika zážehů vrátil se na Zemi, kde zhruba 8 a půl minuty po startu provedl vůbec první úspěšné přistání na plovoucí mořské plošině s názvem Of Course I Still Love You. Zajímavostí je to, že tato mise měla dostatek paliva pro přistání na pevnině, ale SpaceX se rozhodlo provést přistání na OCISLY, neboť si firma chtěla toto obtížnější přistání natrénovat a konečně dokázat všem nevěřícím Tomášům, že přistání na mořské plošině je možné. Video přistání:

Po přistání byl stupeň pracovníky zajištěn a plošina se vydala na cestu zpět do přístavu Port Canaveral. Zde byl stupeň jeřábem přesunut na pevninu, zpracován a následně odvezen do nedalekého hangáru u tehdy ještě nedokončené rampy LC-39A v Kennedyho vesmírném středisku, kde začala inspekce.

Původním plánem bylo tento stupeň odvézt do McGregoru a provést s ním 10 několikaminutových zážehů, aby se ověřilo, že stupeň je schopen opakovaného použití i po absolvování ostré mise. Mezitím se však SpaceX podařilo zachránit hned několik dalších stupňů v rychlém sledu, včetně těch, které měly za sebou pernější mise na GTO. Jelikož tyto stupně byly při letu mnohem více namáhány, firma se rozhodla provést plánovaných 10 zážehů s některým z nich (JCSAT-14), jelikož výsledky by lépe vypovídaly o maximálních teoretických hranicích odolnosti rakety Falcon 9. A v červenci 2016 nakonec SpaceX oznámilo, že zachráněný stupeň z mise CRS-8 bude tím prvním, který bude znovu použit a vydá se na svou druhou misi.

V srpnu 2016 jsme se dozvěděli, že stupeň poletí na misi SES-10 a start byl plánován na podzim. Bohužel jen pár dní po tomto oznámení došlo k nehodě na rampě SLC-40, při které explodovala raketa Falcon 9 během příprav na statický zážeh mise Amos-6. To mělo za následek několikaměsíční odklad všech startů, což navíc zkomplikovala nutnost přechodu na novou neozkoušenou rampu. Historická mise SES-10 tudíž přišla na řadu až teď, skoro rok po premiéře tohoto konkrétního prvního stupně při misi CRS-8. Zrenovovaný stupeň mezitím ještě stihl znovu navštívit McGregor, kde v lednu 2017 došlo k dalšímu testovacímu zážehu. Následně byl převezen zpět do hangáru u rampy LC-39A, kde stupeň zůstal do teď.

Statický zážeh byl úspěšný

SpaceX s každou raketou provádí pár dnů před startem tzv. statický zážeh, což je taková generálka, která probíhá stejně jako ostrý start jen s tím rozdílem, že na konci odpočtu jsou motory rakety zažehnuty pouze na pár vteřin a poté opět vypnuty. Během této zkoušky se prověří, že raketa, náklad i podpůrný personál a technické zázemí jsou připraveny na ostrý start. Zážeh samotný pak ověří, že motory fungují, jak mají a nedošlo třeba k jejich poškození při přepravě.

U mise SES-10 tomu nebylo jinak. Statický zážeh byl úspěšně proveden v pondělí 27. 3. ve 20:00 našeho času, poté co byl z blíže neurčených důvodů odložen z původně plánované neděle. O přípravách a průběhu statického zážehu jsem informoval živě v samostatném článku.

Průběh historické mise

Do startu mise SES-10 zbývá už jen něco málo přes den a tak se pojďme podívat na to, jak vlastně bude mise probíhat a na co se můžeme těšit. Start je momentálně plánován na noc ze čtvrtka na pátek (31. 3.) a stejně jako v případě předchozích misí SpaceX bude možné vše sledovat živě. Tak nezapomeňte být u toho! Všechno dění ohledně této mise můžete sledovat na jejím podrobném profilu. Také se můžete přidat k naší události na Facebooku, aby vám nic neuniklo.

Oficiální stream SpaceX obvykle začíná zhruba 20 minut před startem, ale vzhledem k významu tohoto startu možná tentokrát přenos začne dříve, jelikož SpaceX pravděpodobně bude chtít podrobněji mluvit o důležitosti této mise. Přenosem nás budou provádět moderátoři z řad zaměstnanců SpaceX a jistě se dozvíme spoustu zajímavých informací.

Pokud nedojde během odpočtu k nějakému technickému problému a počasí bude spolupracovat, raketa zažehne svých 9 motorů Merlin 1D a vydá se k obloze. Po zhruba 2 a půl minutách letu dojde k oddělení stupňů. Tento okamžik bude sám o sobě důvodem k jásotu zaměstnanců SpaceX, neboť bez ohledu na to, co se během mise stane dál, oddělení bude značit to, že první stupeň úspěšně odvedl svou práci už podruhé. Druhý stupeň bude krátce po oddělení zažehnut a bude se satelitem pokračovat na cílovou orbitu. První stupeň se mezitím pomalu začne vracet na zem.

Vzhledem k hmotnosti satelitu a cílové orbitě bude muset první stupeň při návratu oželet zpětný zážeh, aby ušetřil palivo, a bude tak zpočátku v podstatě pokračovat po balistické křivce. Před vstupem do atmosféry pak provede vstupní zážeh, který raketu zpomalí a také ochrání motory před náporem rychle proudícího vzduchu. V tu chvíli se raketa stále bude pohybovat nadzvukovou rychlostí, hustá atmosféra ji však bude postupně zpomalovat, zatímco roštová kormidla ji budou nasměrovávat na připravenou mořskou plošinu OCISLY v Atlantském oceánu. Následně bude pravděpodobně proveden zážeh nejdříve centrálního motoru a krátce poté dalších dvou, což bude mít za následek rapidní zpomalení padající rakety. Dva krajní motory budou poté vypnuty a raketa se pomocí prostředního motoru pokusí přistát na OCISLY. Přistání však nebude lehké.

Satelit SES-10 váží skoro 5300 kg a míří na GTO, což je smrtící kombinace – s takhle hmotným nákladem se SpaceX dosud přistát nepodařilo (rekord je 4700 kg). Je však nutno si uvědomit, že přistání pro úspěch mise není nutné. Start se zapíše do historie i v případě neúspěšného přistání, které je spíše takovým příjemným bonusem. SpaceX by záchranu stupně určitě uvítalo, neboť firma by následně mohla stupeň opět podrobit analýze a zjistit, v jakém stavu je raketa po DVOU úspěšných misích, což jsou velice drahocenná data. Když se však SpaceX o takovéto přistání pokusilo loni u téměř identické mise SES-9, nezdařilo se, neboť raketa nejspíš nestihla dostatečně zpomalit a do plovoucí plošiny narazila tak silně, že do paluby udělala díru. Na druhou stranu však od té doby společnost zaznamenala už 8 úspěšných přistání na moři i na pevnině, takže od minule mají větší zkušenosti a raketa pravděpodobně disponuje vylepšenými přistávacími algoritmy, a tudíž šance na úspěšné přistání je nejspíš o něco vyšší.

Zhruba ve stejnou dobu, kdy bude probíhat přistání, dojde k vypnutí motoru druhého stupně a následnému zhruba 18minutovému setrvačnému letu. Poté bude motor přibližně na minutu opět zažehnut a pár minut poté bude satelit SES-10 vypuštěn. Ten se následně pomocí vlastního pohonu pomalu začne přesouvat na cílovou geostacionární oběžnou dráhu. Odtud pak bude poskytovat telekomunikační služby pro oblast Latinské Ameriky. Více informací o satelitu najdete ve výborném článku na webu Kosmonautix.cz.

Vraťme se ale k přistání. Pokud bude úspěšné, čeká nás možná ještě jedno překvapení. Nedávno jsem informoval o tom, že SpaceX vyrobilo robota, který by měl značně usnadnit zajištění prvního stupně po přistání. SpaceX zatím o robotovi mlčí, ale mezi fanoušky se spekuluje, že robot by se mohl dočkat své premiéry už při této misi. Myslím, že by to byla úžasná třešnička na dortu této už tak přelomové mise.

Co by znamenal úspěch?

V případě úspěšného přistání bude plošina OCISLY s přibližně 45metrovým prvním stupněm na palubě odtažena do přístavu Port Canaveral, kde bude stupeň zpracován (demontují se nohy, odčerpá se zbytek paliva apod.) a následně bude převezen do hangáru, kde jej technici podrobí zevrubné inspekci. SpaceX se zatím nevyjádřilo, jestli v případě úspěšného přistání plánuje tento stupeň použít znovu, ale osobně si myslím, že k dalšímu použití nedojde. Podle mě firma se stupněm po dokončení inspekcí provede několik zkušebních zážehů v McGregoru, aby zjistila, jestli motory vše přečkaly bez úhony, a následně stupeň poputuje do skladu nebo možná i někam do muzea. Přeci jen se bude jednat o první orbitální raketu na kapalná paliva, která se podívala do vesmíru hned dvakrát.

Osud tohoto konkrétního stupně však není až tak podstatný. Důležitější je potenciální dopad, který by úspěch této mise mohl mít na celý raketový průmysl a trh se souvisejícími službami. Momentálně jsou totiž lety do vesmíru neskutečně drahé, a tak si je mohou dovolit jen velmi bohaté společnosti nebo některé země (USA, Rusko, Čína, Evropa aj.) Pokud se však SpaceX osvědčí proces záchrany a opětovného použití prvních stupňů, bude to mít za následek snížení cen. Zástupci firmy se už dříve nechali slyšet, že v krátkodobém horizontu očekávají zhruba 30% úspory pro zákazníka. Zhruba tolik mimochodem ušetřila společnost SES výměnou za ochotu umístit svůj drahocenný satelit na úplně první již použitý stupeň rakety Falcon 9. SpaceX navíc momentálně nabízí 10% slevu všem zákazníkům, kteří budou ochotnit letět s “již osvědčeným” prvním stupněm (jak jej zástupci SpaceX chytře nazývají). A dá se předpokládat, že v případě úspěchu mise SES-10 bude více zákazníků ochotných letět s již použitým stupněm.

Dlouhodobý dopad této mise

Dlouhodobější dopad by však mohl být ještě výraznější. Momentálně je totiž celý trh nastaven tak, že potenciální zákazníci počítají s cenou rakety ve výši 100 milionů dolarů (nebo i více) a podle toho pak také jednají. Je pro ně výhodnější nechat si vyrobit obří satelit s 15letou životností, který vyjde na stovky milionů dolarů, než si vyrobit menší a levnější satelit, který by ale museli vyměnit za 5 let a spolu s ním si tím pádem museli zaplatit další drahou raketu.

Kdyby ale byl nákup rakety o dost levnější než teď, pro zákazníky by začalo být lukrativní přistupovat k výrobě satelitů jinak. Kratší plánovaná životnost satelitů by firmám například umožnila rychleji inovovat a modernizovat vlastní konstelaci. Zároveň satelit, který lze o dost levněji nahradit díky levnějším raketám, může by navržen levněji, jelikož i o něco vyšší šance jeho selhání by nebyla katastrofální. Společnosti dnes připlácejí obrovské peníze za záruku výrobce na dlouhou minimální životnost satelitů, protože jejich náhrada je drahá.

Tohle vše by mělo za následek navýšení celkového počtu potřebných startů, a to by vedlo mimo jiné k úsporám z rozsahu pro SpaceX. Zároveň by levnější starty umožnily mnohem větší množině subjektů uvažovat o službách vesmírné dopravy (menší firmy a státy by si konečně mohly dovolit něco vyslat do vesmíru), což by mělo za následek zvýšení poptávky a tak dále… Výsledkem by v dlouhodobějším horizontu mohl být opravdový boom vesmírné ekonomiky a otevření nového trhu s unikátními obchodními příležitostmi pro podnikavé jedince i firmy. V takové ekonomice by SpaceX plnilo roli poskytovatele služeb vesmírné dopravy a zisků by využilo pro financování vývoje technologií potřebných pro vysněnou kolonizaci Marsu.

Další související články, které by vás mohly zajímat:

• Podrobný profil mise SES-10 (odpočet, odkazy na živé přenosy, fotky, aktuální informace…)
• Statický zážeh historické mise SES-10
• SpaceX má robota na zajištění rakety po přistání na plovoucí plošině
• SpaceX buduje nové zařízení na renovaci zachráněných stupňů
• SpaceX chce letos znovu použít 6 zachráněných stupňů, renovace trvají 4 měsíce
• Autonomní mořské plošiny (ASDS)
• Historie přistávání a znovupoužitelnosti
• Proč SpaceX někdy přistává na moři a jindy na pevnině?