SpaceX dopravilo první družice Starlink druhé generace na oběžnou dráhu, jsou lepší ve všech ohledech

Společnost SpaceX začala s vynášením družic pro svou internetovou konstelaci Starlink teprve před pár lety. Jelikož je ale firma proslulá rychlým inovováním, asi málokoho překvapí, že už delší dobu připravovala zbrusu novou generaci družic. Ta byla původně navržena primárně pro vynášení pomocí Starship, avšak vzhledem ke zdržení této obří rakety se SpaceX rozhodlo vyvinout také zmenšenou variantu optimalizovanou pro raketu Falcon 9. Tato verze má označení V2-mini a prvních 21 exemplářů těchto družic druhé generace bylo úspěšně vyneseno na oběžnou dráhu během nedávné mise Starlink 6-1. Družice V2 se hodně liší od svých předchůdců – jsou větší, výkonnější, schopnější a mají motory nevšedního typu.

Elon Musk oznámil plány SpaceX na vybudování rozsáhlé satelitní konstelace Starlink v roce 2015 a vynášení prvních družic určených pro aktivní provoz začalo na podzim 2019. A už tehdy firma zřejmě osnovala plány na druhou generaci družic, jelikož v říjnu 2019 podala žádost u telekomunikačních úřadů na rozšíření konstelace Starlink na až 30 tisíc družic. Schvalovací proces byl zdlouhavý, například i kvůli všemožným protestům konkurenčních firem, ale v prosinci 2022 pak americký telekomunikační úřad FCC vydal částečné povolení pro provoz prvních 7500 družic Starlink druhé generace.

Družice Starlink druhé generace byly vyvinuty s ohledem na schopnosti chystané rakety Starship, která má extrémně rozměrný nákladní prostor a nosnost kolem 150 tun. SpaceX proto vyvinulo vylepšené družice Starlink, které jsou násobně rozměrnější, těžší a výkonnější než předchozí generace. Elon Musk v roce 2022 prozradil, že družice „V2“ pro Starship mají délku 7 metrů a hmotnost kolem 1250 kg. To později víceméně potvrdila oficiální dokumentace, která uvádí rozměry těla družice 6,4 m x 2,7 m se dvěma solárními panely o rozměrech 20,2 m x 6,36 m. Oproti tomu současná varianta v1.5 má hmotnost jen kolem 300 kg a rozměry těla 2,8 m x 1,3 m s jedním solárním panelem velikosti 8,1 m x 2,8 m.

Družice V2 tedy jsou násobně větší a těžší, díky čemuž mají mít téměř desetkrát vyšší přenosovou kapacitu. To má mimo jiné umožnit umístění dodatečných nákladů na některých nebo všech družicích Starlink druhé generace, díky čemuž bude konstelace moct plnit více funkcí než jen poskytování rychlého internetového připojení. Tuto vlastnost hodlá SpaceX využít například pro chystanou službu Starshield šitou na míru vládním a armádním zákazníkům. Vývoj kosmické lodi Starship a rakety Super Heavy se však o pár let protáhl a jelikož družice druhé generace s délkou skoro 7 metrů není možné vměstnat do aerodynamického krytu současných raket Falcon, SpaceX vyvinulo alternativní verzi družice Starlink V2. Ta je oficiálně označována „V2 mini“ a má zmenšené rozměry a tím pádem i nižší hmotnost a přenosovou kapacitu, ale je už možné ji vynášet pomocí Falconu 9.

První start pro nově schválenou konstelaci 7500 družic Starlink druhé generace měl podle slov SpaceX přijít ještě před koncem roku 2022. Veřejnost proto okamžitě napnula pozornost k tehdy chystané misi Starlink 5-1, od které se očekávalo, že poprvé ponese družice druhé generace. Nakonec to však bylo komplikovanější. Tato mise totiž nesla jen běžné družice Starlink v1.5, které jsme dobře znali z desítek dřívějších misí. Družice však byly poprvé vyneseny na oběžnou dráhu se sklonem 43° vůči rovníků, která je už součástí nově schválené konstelace druhé generace. Zároveň byly družice poprvé vybaveny vysokofrekvenčními vysílači (VHF, Very High Frequency), které podle SpaceX představují záložní řešení pro přenos telemetrie a řízení družic a navíc umožňují lepší sledování jejich stavu a polohy. Přítomnost těchto nových vysílačů tak má zvyšovat bezpečnost provozu na oběžné dráze, protože firma díky nim může družice přesně sledovat už krátce po vypuštění a pak také během jejich přesunu na provozní orbitu.

Starlink 5-1 tak byla pouze jakousi hybridní misí a skutečnou premiéru si druhá generace družice odbyla až na konci února 2023 v rámci mise Starlink 6-1. Ta měla na palubě 21 družic druhé generace ve variantě V2-mini a SpaceX naštěstí nedělalo žádné tajnosti a podělilo se o fotky i řadu podrobností o těchto nových družicích. Firma nepotvrdila přesné rozměry ani hmotnost, ale 21 družic při předpokládané hmotnosti 800 kg zhruba odpovídá maximální nosnosti Falconu 9 v režimu s přistáním prvního stupně. Z dřívějších misí Starlink víme, že raketa s nejnovějšími vylepšeními dokáže na nízkou oběžnou dráhu dopravit minimálně 17 400 kg a stále mít dostatek paliva pro přistání. Družice typu V2-mini jsou tedy přibližně 2,5x těžší než předchozí generace, avšak podle SpaceX nabízejí až 4x vyšší přenosovou kapacitu. Nové družice jsou totiž vybaveny výkonnějšími sfázovanými anténami a poprvé také využívají vysílání v pásmu E pro páteřní připojení.

Dalším vylepšením u družic druhé generace jsou zbrusu nové motory pro manévrování na oběžné dráze. Stejně jako v případě družic první generace jde o iontové motory, které pro pohon využívají Hallova efektu, avšak tentokrát je jako palivo využíván argon místo kryptonu. SpaceX u předchozí generace zvolilo krypton kvůli výrazně nižší ceně oproti tradičnímu xenonu, který sice nabízí vyšší výkon a efektivitu, ale zato je vzácnější a zhruba 10krát dražší. Krypton je tedy levnější, ale stále je poměrně vzácný a při vysokém počtu družic Starlink představuje cena za palivo nemalou částku (navíc se velký podíl xenonu a kryptonu vyrábí na Ukrajině, což představuje další bolehlav). Podle neoficiálního odhadu by cena kryptonu pro 30 tisíc družic mohla přesáhnout miliardu dolarů! V případě argonu je však cena zhruba 100krát nižší než u kryptonu, jelikož jde o třetí nejhojnější plyn v zemské atmosféře.

SpaceX bylo prvním subjektem v historii, který použil kryptonové motory na oběžné dráze, a firma nyní získala další takové prvenství díky svým novým argonových motorům. S těmi se sice experimentovalo už v 70. letech minulého století, ale doposud nikdy neletěly do vesmíru. A přestože je argon papírově méně efektivní než krypton nebo xenon, SpaceX dokázalo u svých nových motorů dosáhnout 2,4x vyššího tahu (170 mN) a 1,5x vyššího specifického impulzu (2500 s) oproti kryptonovému předchůdci. Argonový motor dále má 50% celkovou efektivitu, příkon 4,2 kW a hmotnost 2,1 kg. Efektivita xenonových motorů se obvykle pohybuje kolem 60 %, takže SpaceX přechodem na argon snížilo náklady na palivo tisícinásobně, ale výkon přitom klesl jen o trochu. Elon Musk k tomu dodal, že to nebyl vůbec snadný úkol, ale že to bylo nezbytně nutné kvůli vzácnosti kryptonu. Přechod na argon podle neoficiálních odhadů pro SpaceX v praxi znamená, že družice druhé generace stráví o 40 % déle přesunem na provozní orbitu a budou muset mít rozměrnější nádrže, avšak firma ušetří 30–50 tisíc dolarů za palivo na každé družici. K novým motorům se vyjádřil také Tom Mueller, který v minulosti ve SpaceX vyvíjel motory. Zavzpomínal na to, že když SpaceX před několika lety vybralo krypton pro pohon družic Starlink, experti tehdy tvrdili, že nebude možné dosáhnout vysoké efektivity a že nádrže budou muset být výrazně těžší. V reálu to ale nakonec bylo tak, že použitím kryptonu SpaceX ušetřilo zhruba 100 tisíc dolarů na každé družici a hmotnost nádrží přitom vzrostla jen zhruba o kilogram.

Družice druhé generace také obsahují řadu vylepšení kvůli snížení jejich světelné odrazivosti, což dělá vrásky astronomům už od doby, kdy byla na oběžnou dráhu vypuštěna první várka družic Starlink. SpaceX v průběhu let experimentovalo s tmavými nátěry, clonami, úpravami natočení družic a dalšími metodami, jak snížit viditelnost družic Starlink na obloze. Ne všechny pokusy však přinesly kýžené ovoce, takže práce na tomto problému pokračuje i nadále. Družice druhé generace byly už od začátku navrhovány s ohledem na co nejnižší odrazivost a SpaceX při vývoji aplikovalo lekce získané z dřívějších experimentů pro co nejlepší výsledek. Relativní novinkou je například použití dielektrických zrcadlových filmů, které jsou umisťovány na tělo družice, aby odrážely světlo směrem od zemského povrchu. O nich si můžete podrobněji přečíst v článku na Kosmonautix.cz. Tyto filmy představují náhradu za clony, které byly instalována na první generaci družic Starlink. Stínidla totiž nebylo možné používat v kombinaci s lasery, kterými jsou vybaveny současné družice typu v1.5. U družic V2 pak byly filmy podle SpaceX dále vylepšeny a zároveň firma vyvinula vlastní černý nátěr s nízkou odrazivostí, který je vhodný pro použití ve vesmírném vakuu. Ten je aplikován na místech, kde nelze použít zrcadlový film. SpaceX díky těmto vylepšením očekává, že družice V2 budou na provozní orbitě i přes své větší rozměry stejně tmavé nebo dokonce tmavší než předchozí generace.

Během mise Starlink 6-1 jsme také měli možnost vidět, jak probíhá vypuštění družic V2-mini z druhého stupně Falconu 9. Základní princip je podobný jako u dobře známých družic první generace – horní stupeň se roztočí podél horizontální osy a pak se oddělí všechny družice najednou, které se díky udělené odstředivé síle postupně rozprostřou. V minulosti však byly zároveň odhozeny zajišťovací tyče, které pak zanikly v atmosféře. K tomu už nové generace družic nedochází, protože zajišťovací tyče nyní zůstávají připojeny k druhému stupni. Zaniknou pak tedy spolu s ním, což snižuje množství orbitálního smetí. Celý proces můžete vidět na následujícím videu, které je pořízeno kamerou umístěnou na jedné ze zajišťovacích tyčí:

Co se týče družic Starlink V2 v plné velikosti, které jsou určeny pro Starship, tak ty už SpaceX také vyrábí, jelikož byly několikrát spatřeny ve Starbase už během loňského roku. Zatím však není jasné, kdy budou poprvé vyneseny. Většina existujících prototypů Starship totiž nemá funkční vypouštěč pro tyto družice. Ten funguje jinak než v případě Falconu 9 – jde o mechanismus v nákladním prostoru lodi, který „vystřeluje“ družice z úzkého otvoru jednu po druhé. Zástupce SpaceX zhruba před rokem uvedl, že Starship by mohla pojmout přes 100 družic Starlink.

Vypouštěč byl nainstalován na řadu prototypů Starship, avšak následně byl u většiny z nich napevno zavařen. U lodí S24, S25 a S26 tedy k vynesení družic Starlink nedojde. Exemplář S27 je momentálně jediný, který má vypouštěč stále funkční, a tak by potenciálně mohl dopravit první družice Starlink V2 na oběžnou dráhu. Přesné plány SpaceX však zatím neznáme a je možné, že S27 nakonec ani neodstartuje. Vše nejspíš bude záležet na tom, jak dopadne první orbitální start Starship, který by snad mohl proběhnout ještě během března.

Budování konstelace Starlink druhé generace už tedy oficiálně začalo a bude zajímavé sledovat, s jakou kadencí budou družice V2-mini vynášeny. Příští várka těchto družic se nejspíš vydá na oběžnou dráhu v rámci mise Starlink 6-2, která je v plánu na konec března. SpaceX však zároveň bude nějakou dobu pokračovat ve vynášení družic v1.5 pro původní konstelaci. Tu má po dokončení tvořit 4408 družic, z nichž 3473 již bylo vyneseno. Firma tak bude pár let provozovat dvě generace sítě Starlink najednou, avšak už dnes se zřejmě připravuje na kompletní přechod na nový typ družic. V únoru totiž SpaceX zaslalo úřadu FCC žádost o povolení upgradovat družice v konstelaci první generace. Dokument je dost vágní, ale lze předpokládat, že firma si tím připravuje půdu na to, aby v budoucnu mohla přestat vynášet družice první generace. Vysloužilé kusy z původní konstelace 4408 satelitů by tak mohly být postupně nahrazovány modernějšími družicemi druhé generace.

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!