SpaceX dříve provádělo statický zážeh rakety před každým startem, ale dnes tento test často vynechává
SpaceX až do nedávna provádělo před každým startem rakety Falcon tzv. statický zážeh, při kterém je nakrátko zkušebně zapáleno všech 9 motorů Merlin na prvním stupni rakety. Od minulého roku ale SpaceX v některých případech tento předstartovní test už vůbec neprovádí. Dnes se podíváme, jaký účel vlastně statické zážehy mají, u kterých misí je SpaceX přeskakuje a zkusíme vydedukovat proč. Posvítíme si také na to, proč jsou některé statické zážehy prováděny s připojeným nákladem a jiné bez.
Statický zážeh Falconu Heavy před startem STP-2 (Foto: USAF)
SpaceX na rozdíl od řady konkurentů velmi zevrubně testuje svoje motory a rakety před každým startem. Například každý atmosférický motor Merlin je před svým prvním startem minimálně dvakrát zkušebně zažehnut. Jednou samostatně a pak znovu jako součást hotového nově vyrobeného první stupeň Falconu. Tyto testy jsou prováděny v texaském McGregoru a teprve po jejich dokončení je zkontrolovaný první stupeň odeslán na startovní rampu. Testování každé rakety pak obvykle pokračovalo statickým zážehem na rampě pár dní před startem, při kterém se naposledy prověřila kompletní raketa, motory na prvním stupni a také rampa i předstartovní procedury včetně tankování paliva a odpočtu. Everyday Astronaut před časem vytvořil velmi informativní video o všech aspektech statického zážehu – co to je, jak probíhá a proč jej SpaceX provádí. Zde si můžete video přehrát s českými titulky:
Společnost SpaceX už od úplných počátků prováděla statický zážeh před každým startem. Platilo to u malého Falconu 1 i pozdějších větších raket Falcon 9 a Heavy. Zajímavostí je, že v letech 2010 až 2016 byla více než polovina statických zážehů provedena s připojeným nákladem ve formě Dragonu nebo aerodynamického krytu s družicí zákazníka. Týkalo se to jak misí NASA s nákladními Dragony, tak startů s komerčními družicemi.
Podíl statických zážehů Falconu 9 provedených s připojeným nákladem (modře) a bez něj (červeně). Zahrnuty jsou pouze starty uskutečněné v letech 2010 až 2016. (Zdroj: /u/Kona314)
To se ale změnilo v září 2016, kdy na rampě SLC-40 vybuchl Falcon 9 během tankování před statickým zážehem. Zničena tehdy byla nejen raketa a rampa, ale také družice AMOS-6 v hodnotě několika stovek milionů dolarů. Není proto překvapivé, že ještě dlouho po této nehodě byly statické zážehy prováděny vždy bez připojeného nákladu. První misí, při které pak proběhl zážeh s nákladem, byla testovací mise DM-1 s Crew Dragonem o více než dva roky později. Od té doby všechny mise s Crew Dragonem nebo nákladním Dragonem nové generace (poprvé letěl na misi CRS-21) absolvovaly zážehy s připojenou lodí. Klasický Dragon první generace byl během zážehů připojen pouze u misí před nehodou AMOS-6, následně už nikdy.
Výbuch Falconu 9 během příprav na rutinní statický zážeh před misí AMOS-6 (Zdroj: US Launch Report)
Zhruba ve stejnou dobu, kdy NASA povolila provádění statických zážehů s Crew Dragony, zavedlo SpaceX tuto praxi také u vlastních misí Starlink. Hned při první misi v květnu 2019 byl proveden statický zážeh s připojeným nákladem ve formě šedesáti prototypů družic pro tuto novou satelitní konstelaci. Od té doby proběhlo už přes 30 dalších misí Starlink a u všech byl prováděn statický zážeh s připojeným nákladem. Důvodem je pravděpodobně to, že tato metoda ušetří minimálně den předstartovních příprav a i kdyby došlo k nehodě a zničení nákladu, družice Starlink jsou vyráběny ve velkém, a tak je lze snadno nahradit. Ušetřený čas je tedy cennější než případná ztráta družic.
Falcon 9 na rampě před misí Starlink-1 (Foto: SpaceX)
Minulý rok pak SpaceX povýšilo předstartovní přípravy na další úroveň, když začalo u některých misí Starlink statický zážeh úplně přeskakovat. Poprvé k tomu došlo u mise Starlink v1-8 v červnu 2020 a od té doby byl zážeh vynechán u dalších 17 misí. Primárně šlo o starty Starlinku, ale zážeh už byl vynechán i u misí pro armádu, NASA a komerční zákazníky. Důvodem přeskakování tohoto předstartovního testu je podle mě to, že u raket Falcon už v dnešní době nejsou prováděny skoro žádné konkstrukční úpravy. Jedná se tedy o velice stabilní a mnoha starty prověřený stroj, což nejspíš vedlo k tomu, že statické zážehy málokdy odhalily nějaký problém. Navíc statický zážeh se od ostrého startu liší jen tím, zda zapálené motory budou vypnuty už po pár sekundách, nebo vůbec. Drtivou většinu potenciálních potíží tedy odhalí odpočet v den startu úplně stejně jako zkušební zážeh. Provádění tohoto testu před každým startem tedy nejspíš přestalo být přínosné a v některých případech představovalo pouze zbytečný čas a peníze navíc.
Statický zážeh Falconu 9 před misí Starlink v1-19 (Foto: Spaceflight Now)
Kvůli tomuto článku jsem připravil tabulku všech misí SpaceX spolu s informacemi o tom, zda při nich byl proveden statický zážeh, či nikoli (a jestli při tom byl připojen náklad, nebo ne). Díky těmto datům nyní můžu poukázat na pár zajímavostí a zkusit odvodit metodiku, kterou se SpaceX řídí při rozhodování, zda statický zážeh přeskočit. V následující analýze se zaměřím pouze na Falcon 9, jelikož Falcon Heavy je zatím poněkud atypický a statisticky nereprezentativní.
Statický zážeh Falconu Heavy (Foto: SpaceX)
Nejnovější varianta rakety Falcon 9 se nazývá Block 5 a premiéru měla už v květnu 2018 v rámci mise Bangabandhu-1. Je to finální vývojová verze této rakety, avšak i přesto Block 5 od své premiéry prošel řadou menších i větších úprav. Moc toho o nich nevíme, ale letos je potvrdil Elon Musk během rozhovoru s Everyday Astronautem. Vysvětlil, že prvních několik vyrobených exemplářů Blocku 5 ještě nebylo úplně optimálních. Jejich příprava na další starty proto byla pracnější než v případě novějších kusů. Když tedy SpaceX plánuje nějakou misi, při které má být první stupeň zahozen, přiřazuje k ní některý z těchto starších stupňů.
Statický zážeh prvního Blocku 5 před misí Bangabandhu-1 (Foto: Tom Cross)
S tím nejspíš souvisí také provádění statických zážehů před startem. Když se podíváme do naší tabulky, zjistíme, že zážehy jsou přeskakovány pouze u novějších stupňů. Nejstarší stupeň, u kterého byl někdy zážeh vynechán, má sériové číslo B1051. Stupně, které jsou starší než tento, absolvovaly statický zážeh před každým svým startem. Důvodem je možná to, že B1051 byl úplně první stupeň, který byl vybaven finální verzí tlakových nádob na helium. Selhání právě této součástky totiž způsobilo výbuch rakety před misí AMOS-6. Následné vyšetřování příčin nehody vedlo k vývoji bezpečnějšího typu tlakové nádoby, který byl poprvé použit právě na stupni B1051. I přesto se ale SpaceX u tohoto stupně „odhodlalo“ k vynechání statického zážehu až při jeho osmém startu. Tento stupeň mimochodem aktuálně odstartoval už pojedenácté a je v tomto ohledu rekordman.
Stupeň B1051.11 po návratu z mise Starlink 4-4, což byl jeho 11. start (Foto: Jack Beyer)
Z dostupných dat se dá také vyvodit několik skutečností, které nejspíš mají vliv na to, zda SpaceX u dané mise přeskočí statický zážeh, či nikoli. Například se zdá, že čím vyšší sériové číslo stupeň má, tím je větší šance, že před startem vynechá statický zážeh. Stejně tak je pravděpodobnější, že zážeh vynechá stupeň s nízkým počtem absolvovaných startů. Zároveň už SpaceX obvykle přeskakuje statický zážeh před prvním startem nově vyrobeného stupně. Příkladem je aktuální mise CRS-24 s novým stupněm B1069.1 nebo CRS-22 s B1067.1. Nové stupně jsou tedy zkušebně zažehnuty pouze v testovacím areálu v McGregoru a pak po převozu na startovní rampu už znovu ne.
Stupeň B1058 během statického zážehu v McGregoru před misí DM-2 (Foto: SpaceX)
Provedení zážehu nebo jeho přeskočení však kromě stáří stupně zřejmě ovlivňují i další faktory. Například druh mise (armádní, pilotovaná, komerční atd.), dále uplynulá doba od předchozího startu daného stupně nebo to, jestli byl stupeň mezi starty přepraven z jednoho pobřeží USA na druhé. Ve výsledku to vypadá tak, že statický zážeh se provádí převážně už jen v těchto případech:
- Jde o misi se stupněm B1049. To je nejstarší aktivní stupeň, který provádí zážeh před každým svým startem. Zároveň jde o poslední stupeň ve flotile, který nebyl vyroben s finální verzí tlakových heliových nádob (i když ty mohly být teoreticky doinstalovány někdy později v rámci repase mezi starty).
- Zákazníkem je armáda (například při misi GPSIII-SV04 byl proveden zážeh, i když šlo o nový stupeň). Výjimkou je mise NROL-108, při které byl zážeh vynechán.
- Nákladem je vědecká družice (například Sentinel-6A nebo IXPE).
- Zatím u všech misí s lidskou posádkou byl proveden statický zážeh před startem.
- Od posledního startu daného stupně uplynula příliš dlouhá doba. Například u nedávných misí Starlink 4-1, 4-3 a 4-4 byla prodleva přes 5 měsíců od předchozího startu a ve všech případech byl proveden statický zážeh.
- Stupeň byl mezi starty přepraven na velkou vzdálenost. Například u misí DART nebo Starlink v1-28 byl stupeň mezi starty přepraven z Floridy do Kalifornie či naopak.
Nejde ale o žádnná pevně daná pravidla. Navíc můžou existovat další důvody nebo výjimky. Například může na provedení statického zážehu trvat zákazník (záleží na tom, jak přesně je nastavena smlouva). Pokud se totiž SpaceX rozhodne zážeh přeskočit, vystavuje v den startu náklad komerčního zákazníka podobnému riziku jako u mise AMOS-6, kdy došlo k výbuchu rakety a zničení družice.
Stupeň B1063.2 při přepravě z Kalifornie na Floridu před misí Starlink v1-28 (Foto: /u/codercotton)
Statické zážehy se také provádějí v případech, kdy dojde k výměně motorů na raketě. Například u misí GPSIII-SV04 a Starlink v1-17 byly provedeny rovnou dva různé zážehy před startem. Minimálně u první jmenované mise přitom víme jistě, že důvodem byla výměna motorů kvůli problému se zaschlým krycím lakem. U zmíněné mise Starlink v1-17 se spekuluje, že problémy zjištěné při prvním statickém zážehu vedly k výměně jednoho či více motorů a nutnosti provést druhý zážeh, ale potvrzené to není.
SpaceX má za sebou už více než 100 úspěšných misí v řadě a 78 znovupoužití prvních stupňů Falconů. Jde tedy o prokazatelně spolehlivou raketu a firma navíc v posledních letech nasbírala obrovské množství dat a zkušeností, které může zužitkovat při plánování předstartovních příprav. A evidentně SpaceX postupně došlo k závěru, že statický zážeh už není potřeba provádět před každým startem a že riziko plynoucí z provedení zážehu s připojeným nákladem je mizivé a v řadě případů přijatelné.
Již několikrát použitý aerodynamický kryt Falconu 9 před startem komerční mise Türksat 5B (Foto: John Kraus)
Podobnou evolucí prochází také znovupoužitelnost aerodynamických krytů. SpaceX se zpočátku snažilo kryty chytat do sítí, aby nepřišly do kontaktu s mořskou vodou, ale od toho se nakonec upustilo a kryty dnes přistávají pouze do oceánu, odkud pak jsou vyloveny lodí. Takto zachráněné kryty byly poté opakovaně používány výhradně na interních misích Starlink, ale později letěly již použité kryty také na komerčních misích. V prvním případě šlo o kryt, který se podařilo chytit do sítě, takže nebyl „kontaminovaný“ slanou vodou, ale už u druhé komerční mise o měsíc později letěl kryt vylovený z moře.
Další informace najdete v našem podrobném přehledu všech prvních stupňů Falconů a seznamu pokusů o záchranu aerodynamických krytů.
Podpořte projekt ElonX
- Mise Starlink 12-1 - 20. 11. 2024
- Mise Starlink 9-13 - 19. 11. 2024
- Daily Hopper: Ruské výčitky, klapka v ohrožení a inspirace přírodou - 16. 11. 2024
Dobrý den, při pohledu na stupeň B1051 po 11. přistání mě napadá otázka.
Co způsobuje „očouzení“ stupně?
Spaliny z motorů při sestupu a přistání. Motory navíc jedou na bohatou směs. Něco jako saze ze starého načipovaného diesel motoru bez filtru
Vlastnost všech uhlíkových paliv a spalovani. Ten uhlík nezmizí a v malém mnozství se usadí podobně jako v komíně nebo výfuku.
Otázka je, zdali repase raptoru znamená výměnu trysky za čistou a nebo jen očištění. Jak to delají u merlinu?
O saze dle mne nejde. Jde o míru poškození trysky vytekajicimi spalinami ( degradace).
U spalování vodíku jde technicky o stejny problém. Spaliny (voda) ničí především trysku. Ta rychlost vytoku je obrovská. Teploty, tlak…
U raketových motorů se na estetiku v podobě sazí nehraje. Jde o funkčnost.
Nebyl dotaz náhodou o “očouzení stupně”? Tahat sem raptor a opotřebení trysky je trochu … off topic?
Není zakázáno rozvinout diskusi…
Nepochopil jsem proč sem taháte Raptor, když byl dotaz na Falcon 9. Dále jsem moc nepochopil výměnu trysky, kde saze tak nějak spíš nejsou. U vodíku jsem nepochopil už vůbec, protože pokud jde o hydrolox motory, tak se většinou tryska chladí čímž se naopak předehřívá palivo a výsledkem je to, že po vnějšku trysky stéká voda, takže tryska samotná není nijak extrémně namáhaná a její opotřebení je minimální.
Ne po vnějšku, ale po vnitřku, omyl.
I při sestupu jedou motory (komora/tryska) poměrně čistě… zato plynový generátor je pravý sazomet (po celou dobu provozu).
Děkuji za odpovědi pánové, právě mi přišlo zvláštní, že by ze samotných motorů bylo tolik sazí, ale plynový generátor mě nanapadl. Z něj na videjích ze statických zážehů Merlinu opravdu letí dým jako z kotle na uhlí.
Bral jsem to jako komplet nicméně nelze než souhlasit.
Ako bolo spomenuté plynový generátor počas zostupu. No rád by som pridal pekné video na test plnyového generátora motoru F-1 ktorý vybrali zo zachovanej F-1 (F-6049) ktorý mal letieť na Apollo 11 no bol kvôli chybe vymenený. V 2013 testovali jeho charakteristiky pre prípadnú novú verziu F-1B a kvapalinové boostre “Pyrios” pre SLS.
https://www.youtube.com/watch?v=70u748VALt4
Ke krytům: jsem rád, že Space X dalo na rady nás odborníků z gauče a místo pofidérního chytání do sítí nakonec upravilo kryty tak, aby jim nevadila mořská voda, jak jsme nevrhovali hned od začátku
Ono je to tak i s chytáním rakety bez nohou. Kdysi se objevilo v diskusích a ihned bylo kolegy diskutéry smeteno s tím, že je to přece nesmysl a kdyby to šlo, už to dělají s falconem.
Přemýšlím, když nyní přišli s nesklopnými kormidly, zda bude nenápadně v podobném duchu upraven Terran R.
Mne to řešení překvapilo a zatím se nepovedlo. Jsem opatrný v předpovědi vyjde-nevyjde.
To spíš věřím, že se povede při 1 letu dostat S na orbitu. Horolezci říkají, že sestup z vysoké hory je 2x slozitějsí.
Vyloženě mravenčí práce, Petře. Oceňuju práci s informacemi i původnost obsahu.
Díky, jsem rád, že se článek líbil. 🙂
Tak ono vynechání statického zářehu může i zvyšovat životnost rakety. Nejsem odborník, ale trochu bych čekal že na rampě je opotřebení rakety o troch vyšší než při letu. Je tam nutné vychýlit odvod spalin, raketa musí být silně uchycena atd. Dále se k tomu přidá další cyklus ochlazení na kryogenní teploty, další tlakování. Ano, F9 na to je stavěný, ale určitě má nějaký konečný počet těchto cyklů a s velkým počtem startů (a tedy testovacích zážehů) by se zátěž rakety testováním stávala čím dál výraznější. I kdyby zážeh na rampě měl znamenat zátěž/opotřebení 10% v porovnáním s plným startem, tak při velkém počtu letů to může klidně znamenat jedno plné použití navíc. nehledě na to, že ochladit takové množství paliva samo o sobě vezme dost energie. Vzhledem k ceně (nákladům) za start to mohou celkově být klidně ušetřené statisíce dolarů jen v přímých nákladech.
Nerez je velmi odolný materiál. Otázka je jak s motory…
Proč mluvíte o nerezu?
Pardon, bylo to ohledně odolnosti B+S ke statickým zazehům. Jelikož nemají na starbase žádný metan, tak to je druhý důvod, proč jej vynechají. Topná sezóna v usa ma přednost před lety.
https://www.teslarati.com/spacex-starbase-nasa-artemis-tour-2021/