Minulý týden Elon Musk prohlásil, že si je „docela jistý“, že jeho rakety Falcon mohou být během pár let plně znovupoužitelné. Důležité je vypíchnout slovo „plně“. Tady už se nebavíme jen o prvním stupni, který je největší a nejdražší částí rakety. Do středu pozornosti by se měla dostat i záchrana horního stupně a aerodynamického krytu. První stupeň sice tvoří podle některých odhadů až 70% ceny rakety, ale pořád je tu ještě zbytek, který by bylo škoda vyhazovat. Ostatně myšlenka není nová – stačí si vzpomenout na první video, ve kterém SpaceX představila koncept záchrany prvního stupně.
V minulých letech jsme se hned několikrát dozvěděli, že myšlenka záchrany horního stupně je zatím uložená k ledu, protože není pro SpaceX prioritou. Když se nyní podařilo vyladit úspěšnost přistání prvních stupňů na docela vysokou spolehlivost, mohou se inženýři začít věnovat i dalším projektům. Na veřejnost tuto myšlenku vypustil Elon Musk, když ve svém tweetu uvedl, že na konci příštího roku by mohlo být možné zachraňovat i horní stupně a dotáhnout tak znovupoužitelnost na maximum.
Už nyní se SpaceX snaží o záchranu aerodynamických krytů – kompozitních struktur, které ukrývají vynášený náklad a chrání jej před poškozením při průchodu hustými vrstvami atmosféry. Aerodynamický kryt stojí zhruba pět milionů dolarů, což možná někoho překvapí. Cena ale odpovídá náročnosti jeho výroby. Kompozitní kryty totiž nejsou malé – vešel by se do nich průměrný autobus! Tyto velké díly se zapékají ve speciálních pecích – autoklávech, což zvyšuje nejen cenu jejich výroby, ale také prodlužuje produkční dobu. Pokud by SpaceX chtěla do budoucna zvyšovat frekvenci startů, prvním úzkým hrdlem by byla právě výroba krytů, která by nestíhala.
Už při minulém startu s družicí SES-10, kdy došlo k historicky prvnímu znovupoužití prvního stupně, se SpaceX podařilo zachránit jednu polovinu aerodynamického krytu, vylovit ji a převést do přístavu. Zachráněný kryt je prý v poměrně dobrém stavu, ale je jasné, že celý princip potřebuje ještě doladit. Stabilizaci aerodynamického krytu mají zajišťovat trysky se stlačeným vzduchem a řiditelné padáky. Některé zdroje hovoří o tom, že by k finálnímu dosednutí mělo dojít na nějaké měkké konstrukci, která bývá přirovnávána ke skákacímu hradu.
Aerodynamické kryty by tedy mohly být zachráněné už v letošním roce, přičemž v roce dalším má přijít čas pro znovupoužitelnost horního stupně. Elon v jiném tweetu naznačil, že by k prvnímu pokusu mohlo dojít při premiérovém letu toužebně očekávaného Falconu Heavy. Na první pohled se může zdát záchrana horního stupně jednodušší, než v případě stupně prvního – je přece mnohem menší a lehčí. To je sice pravda, ale jinak je to úplně jiná liga.
Horní stupeň ze své vlastní podstaty musí dosáhnout oběžné dráhy, kam vynáší náklad. Oproti tomu první stupeň letí „pouze“ po suborbitální dráze, což znamená, že má menší rychlost, které se musí zbavovat, což s sebou nese menší tepelné namáhání. Horní stupeň při návratu z oběžné dráhy by ale do atmosféry vstupoval 4× rychleji a když tepelné namáhání roste s druhou mocninou, je jasné, že to nebude nic snadného.
Ve zmíněné animaci bylo vidět, že by horní stupeň dostal kromě výklopných nohou pro přistání i nefalšovaný tepelný štít, který by se nacházel v horní části. Stupeň by tak měl do atmosféry vstupovat štítem vpřed a motorem vzad, což by mělo ochránit konstrukci stupně před roztavením. To byly ale plány staré několik let. Vloni v červenci Elon oznámil, že by bylo velmi lákavé předesignovat horní stupeň tak, aby byl schopný návratu. Ředitelka SpaceX, Gwynne Shotwell, pak v srpnu avizovala, že by to zabralo zhruba pět let. Bylo jasné, že firma stále usiluje o vývoj důležitějších projektů – silnějších raket a možná i systému pro let k Marsu.
Nyní se již zřejmě karta obrací a na konci letošního března Elon koketuje s myšlenkou záchrany horního stupně. V případě premiérového letu Falconu Heavy mají být šance na úspěšnou záchranu velmi nízké, ale určitě prý stojí za zkoušku. Horní stupně na Falconu Heavy totiž budou prakticky identické s těmi, které létají na běžných Falconech.
Už nyní víme, že SpaceX bude chtít při premiéře Falconu Heavy zachránit oba boční stupně (na pevnině) i centrální stupeň (na mořské plošině). Horní stupeň by mohl na oběžné dráze zůstat klidně i několik dní, než by vykonal brzdící zážeh pro navedení do atmosféry podobně jako když se z oběžné dráhy vrací kosmické lodě. Je jasné, že snaha o znovupoužitelnost horního stupně bude mít negativní vliv na nosnost rakety. Něco bude vážit tepelný štít, něco nožičky, něco zbylé palivo. Dohromady to znamená, že by horní stupeň musel tuhle extra hmotu táhnout celou dobu s sebou.
Už nyní je nosnost Falconu snížena zhruba o třetinu vlivem snah o znovupoužitelnost prvního stupně. Je otázkou, jak by s nosností zamávaly snahy o záchranu horního stupně. Tady je ale potřeba se na chvíli zastavit. SpaceX totiž svým způsobem nemění jen zavedené technologické postupy, ale samotnou filosofii letů do vesmíru. Dlouhé roky se všichni dívali jen na nosnost na nízkou oběžnou dráhu – velká a drahá raketa je silnější, než malá a levná. Ale pokud SpaceX dokáže dosáhnout 100% znovupoužitelnosti, zavedené pořádky se změní.
Falcon Heavy má v jednorázově použitelném režimu na dráhu přechodovou ke geostacionární dopravit 26,7 tuny. Nalijme si čistého vína – takhle těžký náklad momentálně není potřeba vynášet. Záchranou prvního stupně přijdeme o 30%, dostáváme se na zhruba 18,5 tuny. Nyní předpokládejme, že záchranou druhého stupně přijdeme o dalších 50% nosnosti, což je pouze spekulace. I tak jsme na nosnosti 9 tun na dráhu přechodovou ke geostacionární. Nejtěžší družice, které na tuto dráhu míří, váží okolo sedm a půl tuny, což dává pořád dostatečnou rezervu.
A kde je ta změna filosofie? Někomu možná přijde nelogické vynášet sedmitunovou telekomunikační družici mířící na GTO raketou, která dokáže na LEO dopravit 64 tun nákladu. Ale pokud bude taková raketa kompletně znovupoužitelná, rázem nejde o to, co by dokázala v jednorázové konfiguraci. Šlo by o to, že by se mohly výrazně snížit ceny za start. Vždyť plně natankovat Falcon 9 stojí okolo půl milionu dolarů – v případě Falconu Heavy to sice bude více, navíc musíme přičíst i náklady na provoz a údržbu, ale i tak bude takový start neporovnatelně levnější, než u jednorázově použitelného stroje. Středobod zájmu se v tomto případě stěhuje od nosnosti k nákladům na start.
Falcon Heavy má prostě výhodu v tom, že má gigantickou nosnost, se kterou se dá skvěle pracovat. I když ji znovupoužitelnost sníží jen na zlomek původní hodnoty, stále je to dostačující. Jiná situace je u Falconu 9, který by při dalším snížení nosnosti pravděpodobně přišel o možnost dopravovat náklady na GTO. Ale to by ani tak nevadilo – tyto náklady by se prostě jen přesunuly na Falcon Heavy. Navíc nesmíme zapomínat ani na blížící se finální verzi Falconu 9 označovanou jako Block 5, která má kromě jiného přinést i vyšší výkon motorů, což nosnost naopak trochu zvýší.

A smělé cíle tím nekončí, vždyť Elon Musk před pár dny oznámil, že dalším cílem je znovupoužití prvního stupně během 24 hodin. Ano, zní to šíleně, ale nezapomínejte, že to se před pár lety říkalo i o motorickém přistávání prvních stupňů. Nechme se proto překvapit tím, co přinesou další měsíce a roky. Jedno je jisté – nudit bychom se neměli.

Převzato ze serveru kosmonautix.cz