SpaceX příští rok vynese více než 9tunovou družici Jupiter-3, ale Falcon 9 na to nejspíš stačit nebude [AKTUALIZOVÁNO]

Aktuálně se objevila zpráva, že společnost Echostar má kontrakt se SpaceX ohledně vynesení své komunikační družice Jupiter-3. Takové kontrakty jsou ve světě raket zcela běžné, ale tato mise je zajímavá v tom, že Jupiter-3 bude s více než 9 tunami nejtěžší komunikační družicí v historii. Proto nás zarazila informace, že má být vynesena raketou Falcon 9. Je vůbec možné takovou družici vynést Falconem 9, nebo bude ve skutečnosti použit Falcon Heavy?

Firma EchoStar provozuje na geostacionární oběžné dráze (GEO) celkem deset vlastních či pronajatých družic. Tyto družice zajišťují milionům uživatelů telekomunikační a internetové služby. Jedním z hlavních trhů firmy je Severní Amerika, kde internetový provoz zajišťují družice Jupiter-1 (start v roce 2012) a Jupiter-2 (prosinec 2016). O tom, že by se tyto dvě hlavní internetové družice měly dočkat následovníků, se pak začalo spekulovat ještě před startem družice Jupiter-2. Pokud se ptáte, proč tak brzo, je to jednoduché – konkurence totiž nikdy nespí a v únoru 2016 se objevila zpráva, že si firma Viasat objednala stavbu tří obřích družic Viasat-3, z nichž každá by měla mít přenosovou kapacitu 1 Tb/s. První z těchto tří družic má letos dopravit na oběžnou dráhu Falcon Heavy.

A právě výkon družic Viasat již přímo ohrožoval komerční zájmy firmy Echostar, která proto přikročila k objednávce Jupiter-3 již v srpnu 2017. Zakázku v hodnotě více než 400 milionů dolarů na její výrobu získala firma Space System/Loral, dnes známá jako Maxar Technologies. Satelit s alternativním označením Echostar 24 bude postaven na osvědčené platformě SSL-1300 a zákazníkům nabídne celkovou přenosovou kapacitu 500 Gb/s, přičemž jednotlivý uživatel by měl mít přístupovou rychlost vyšší než 100 Mb/s. Družice samotná vyvolává zájem nejen svou kapacitou, ale také hmotností. Suchá hmotnost činí 5817 kg a po natankování paliva vyšplhá na neslýchaných 9200 kg. Po svém vypuštění se tak stane nejtěžší komerční GEO družicí.

O stavbě družice víme již řadu let, ale informaci o tom, kdo ji dopraví na oběžnou dráhu, jsme se dozvěděli teprve nedávno. Řádnou smlouvu na vynášku družice firma uzavřela již v roce 2020, ale v té době odmítla uvést jméno firmy, která zajistí nosnou raketu. Až březen letošního roku nám tuto hádanku vyřešil. Na konferenci o satelitech vystoupil výkonný ředitel firmy Hughes Network Systems, dceřinné společnosti Echostar, že dopravu družice zajistí firma SpaceX. Původní plán byl start provést už v roce 2021, ale družici následně potkala série problémů a zdržení, kvůli kterým mise postupně sklouzla až na začátek roku 2023.

Pro kalifornskou raketovou firmu nejde v žádném případě o první misi pro tohoto významného družicového operátora. Během uplynulých let dopravilo SpaceX na oběžnou dráhu již dvě družice, které nesly označení Echostar. První z nich, s označením Echostar 23, se dostala na oběžnou dráhu v březnu 2017 a šlo přitom o první komerční start z rampy LC-39A v celé její dosavadní historii. Druhou a doposud poslední zakázku pro tuto firmu vynesla raketa Falcon 9 v říjnu 2017, šlo o družici SES-11 (Echostar-105).

Jupiter-3 s hmotností přes 9 tun bude rekordní i pro SpaceX. Družicí s nejvyšší hmotností, kterou Falcon 9 dosud dopravil na oběžnou dráhu, je Telstar 19V z roku 2018. S hmotností 7076 kg (z toho 4 tuny tvořilo palivo) tehdy šlo o nejtěžší komunikační družici v historii. Pro SpaceX to zároveň znamenalo překonání vlastního rekordu v kategorii mise s nejhmotnějším nákladem dopraveným na dráhu přechodovou ke geostacionární (GTO), při které zároveň proběhlo přistání prvního stupně rakety. Někteří z vás se teď možná zarazí, protože Falcon 9 má podle oficiálních čísel nosnost pouze 5500 kg v případě mise na GTO s přistáním na mořské plošině. Jak tedy mohl vynést 7tunovou družici a přesto přistát?

Důvodem je to, že GTO se využívá jako obecný výraz pro jakoukoli eliptickou zemskou orbitu, ze které se pak družice dokáže vlastními silami dostat na cílovou geostacionární dráhu (GEO), což je kruhová orbita ve výšce kolem 35 800 km s nulovým sklonem vůči rovníku. Různé typy GTO se od sebe liší tím, jak náročné je pro raketu jejich dosažení, což pak má přímý vliv na to, kolik energie musí vynaložit družice na cestu do cíle. V odbornějších kruzích se proto typ GTO blíže specifikuje pomocí čísla, které indikuje, o kolik musí družice změnit svou rychlost po oddělení od rakety, aby dosáhla geostacionární dráhy. Za standardní GTO se považuje GTO-1800, tedy taková orbita, po jejímž dosažení raketou musí družice následně vynaložit energii na změnu rychlosti (tzv. delta-v) o 1800 m/s pro cestu na GEO. A právě pro tuto hodnotu platí uváděná nosnost 5500 kg v případě startu Falconu 9 s přistáním prvního stupně na plovoucí plošině. Pokud chce zákazník vynést náklad na náročnější orbitu (tedy s nižším číslem než GTO-1800), musí být hmotnost družice úměrně nižší nebo je potřeba výkonnější raketa. A to samé platí naopak – Falcon 9 dokáže vynést o dost těžší družici a poté přistát, ale daní za to je, že družice bude vypuštěna na nižší, energeticky méně náročnou orbitu (tzv. subsynchronní). Družice v takovém případě musí vynaložit více energie na přesun na GEO pomocí vlastních motorů a paliva. Rekordní 7tunovou družici Telstar 19V dopravil Falcon 9 na orbitu GTO-2277 s apogeem ve výšce 17 863 km, což znamená, že satelit pak musel změnit svou rychlost o 2277 m/s, aby dráhu navýšil a zakulatil na kýžených 35 800 km. To je o 477 m/s více než v případě standardní orbity GTO-1800. Podrobněji jsme tuto problematiku rozebírali ve starším článku.

Natankovaný Jupiter-3 však má mít během startu hmotnost 9200 kg, což je ještě o 2 tuny více než v případě rekordní družice Telstar 19V. Vyvstává tedy otázka, jestli je vůbec Falcon 9 schopný dopravit družici s takovou hmotností na nějakou smysluplnou orbitu. Oficiální informace udávají, že Falcon 9 dokáže na standardní GTO-1800 vynést až 8300 kg, avšak pouze v režimu bez přistání prvního stupně. Jednou z možností tedy je, že Falcon 9 na této misi dopraví více než 9tunovou družici Jupiter-3 na subsynchronní GTO (tedy snazší orbitu než je standardní GTO-1800) a první stupeň přitom bude zahozen.

To by nebylo až tak divné, protože SpaceX se tímto způsobem občas zbavuje velmi starých prvních stupňů. Například teď v červnu odstartuje mise Nilesat-301, při které nedojde k záchraně prvního stupně B1049.11. To je nejstarší exemplář v aktivní flotile SpaceX, který tím pádem na rozdíl od novějších stupňů neobsahuje některá vylepšení, a tak je jeho údržba mezi starty zdlouhavější a dražší. Jelikož při misi Nilesat-301 nebude nutné rezervovat část paliva pro přistání stupně, družici bude možné vynést na výrazně vyšší orbitu. Majitel družice tím ušetří palivo, což zvyšuje její životnost, a zároveň se zkrátí doba, kterou satelit stráví cestou na geostacionární dráhu.

Vynesení Jupiteru-3 pomocí Falconu 9 v režimu s přistáním prvního stupně asi nepřipadá v úvahu, protože vypuštění by vzhledem k hmotnosti muselo proběhnout na tak nízké orbitě, že by to asi postrádalo smysl. Nabízí se tedy ještě třetí varianta, a to Falcon Heavy. Článek Space News sice uvádí, že pro vynesení Jupiteru-3 má být použit Falcon 9, ale možná jde o chybu. Článek se totiž odkazuje na konferenční hovor společnosti Echostar, při kterém se probíraly finanční výsledky za první čtvrtletí tohoto roku. V něm sice zaznělo, že start Jupiteru-3 byl odložen na začátek roku 2023, ale jinak není zmíněna ani firma SpaceX, natož konkrétní typ rakety. Ani nikde jinde se nám nepodařilo dohledat zdroj informace, že má být na této misi použit Falcon 9.

Falconu Heavy nahrává i informace z loňského článku, ve kterém představitel společnosti Echostar (vlastník Jupiteru-3) uvedl, že pro start bude vybrána „velká raketa, aby se zkrátil čas potřebný pro uvedení družice do provozu“. Jinými slovy, společnost chce Jupiter-3 nechat dopravit na dostatečně vysokou orbitu, aby cesta z GTO na GEO netrvala moc dlouho. To je v přímém rozporu s výrazně subsynchronními orbitami, kterých je schopen dosáhnout Falcon 9 v případě 9tunové družice. Falcon Heavy je sice zhruba dvakrát dražší než Falcon 9, ale pokud chce Echostar co nejvíce urychlit komerční zprovoznění Jupiteru-3 a zároveň chce maximalizovat životnost družice (což je mnohdy limitováno množstvím paliva pro manévrování na orbitě), Falcon Heavy může být lákavější volbou. Například v případě mise Arabsat 6A vynesl Falcon Heavy družici o hmotnosti 6465 kg na orbitu GTO-1502. Šlo tedy o tzv. supersynchronní orbitu a raketa tím ušetřila družici palivo, které by jinak bylo potřeba pro zrychlení družice o přibližně 300 m/s ve srovnání se standardní orbitou GTO-1800. Zároveň se družice dostala na cílovou geostacionární dráhu o něco rychleji než v případě méně výkonné rakety, a mohla tak začít dříve generovat příjmy svému provozovateli.

Vzhledem ke všemu výše zmíněnému to tedy vypadá, že družice Jupiter-3 bude vynesena spíše Falconem Heavy, jelikož Falcon 9 by pravděpodobně neměl dostatečnou nosnost, a to ani v režimu bez záchrany prvního stupně.

AKTUALIZACE 16. 5.: Kontaktoval jsem autora článku, který původně uváděl, že mise má letět s Falconem 9. Ten následně u oficiálních zdrojů potvrdil, že na této misi opravdu poletí Falcon Heavy.

[starbox id=2,7]

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!