Tradičním výrobcům kosmických raket ve Spojených státech hrozí nebezpečí. S razancí dravce mezi ně vlétnou rakety Falcon (sokol) vyvíjené společností SpaceX. V čem budou lepší?
„Několik předchozích desetiletí bylo temným věkem ve vývoji nových dopravních systémů člověka na oběžnou dráhu. Mnohamiliardové vládní programy krachovaly jeden za druhým. Ve skutečnosti kolabovaly aniž by vůbec dosáhly startovací rampy, natož pak samotného kosmu.“ řekl Elon Musk během slyšení před komisí amerického Senátu.
Nedávno proběhl i první úspěšný test vlastního raketového motoru Merlin (ostříž). SpaceX má už nyní se zákazníky nasmlouváno několik startů do vesmíru. Rakety Falcon by totiž měly vynášet družice na oběžnou dráhu za nesrovnatelně nižší cenu.
Vydrží dostatečně dlouho?
V podvečer 18. ledna se bývalým testovacím prostorem americké armády v texaském McGregor ozvalo mohutné zahřmění. V jednom ze zdejších objektů se k plnému životu probudil raketový motor Merlin, schopný vyvinout tah 325 kN (kilonewtonů). To už je síla dostatečná k vynesení třičtvrtětunového nákladu na nízkou (1000 km ) oběžnou dráhu Země. Ovšem s podmínkou, že motor vydrží hořet celých 160 sekund. Byl to první kompletní zážeh tohoto motoru a vše probíhalo jako při skutečném startu na oběžnou dráhu. Celou fázi hoření úzkostlivě sledoval tým techniků a inženýrů, kteří Merlin postavili. Po 162,5 sekundách motor spotřeboval veškeré palivo a test skončil. Proběhl zcela bez problémů. Po dvou letech usilovné práce na vývoji nového motoru se tak mohli jeho konstruktéři pozdravit vzájemným plácnutím dlaní.
Jde to i levněji
Společnost Space Exploration Technologies Corp, zkráceně SpaceX, založil před třemi lety Elon Musk. Teprve 32letý muž získal velké bohatství jako spoluzakladatel platebního systému PayPal. Již předtím rovněž se ziskem prodal vlastní softwarovou společnost Zip2. Vývoj nových raket financuje zcela sám. Jeho cílem je ukázat, že tradiční „kultura vysokých cen“ amerického raketového průmyslu je zbytečná a že s novátorským využitím dostupných špičkových technologií se cena za dopravení jednoho kilogramu nákladu na oběžnou dráhu dá stlačit hluboko pod současnou úroveň. Podle jeho slov nedošlo od dob měsíčního programu k žádnému vývoji a současný kosmický průmysl stagnuje.
První sokol
Vývoj nových raket probíhá v krocích. Jako první je na řadě malá raketa Falcon I, určená pro vynášení lehkých družic na nízkou oběžnou dráhu. Raketa pojmenovaná po kosmické lodi Millenium Falcon z filmu Star Wars by se měla, s cenou 5,9 miliónů dolarů (140 mil Kč) za start, stát konkurentem raketám Pegasus společnosti Orbital Sciences. Hlavně je to ale mezistupeň k silnější verzi Falcon V, která má být v různých variantách schopna vynést do vesmíru od pěti do deseti tun nákladu. Cena se liší podle konfigurace, ale neměla by překročit 20 miliónů dolarů plus poplatky za využití služeb kosmodromu. Ve stejné kategorii se pohybují i rakety Delta 4 Medium, dodávané společností Boeing, jejichž jeden start stojí mezi 60 až 80 milióny dolarů. Pokud se prokáže, že rakety Falcon jsou spolehlivé, mohli by tradiční výrobci ztratit své postavení na trhu a utrpět nepříjemně velké finanční ztráty. A to by se jim jistě nelíbilo!
Základní stavebním kamenem všech variant raket Falcon bude raketový motor Merlin, vyvinutý vlastními silami. První stupeň dvoustupňové rakety Falcon I, poháněný jedním motorem Merlin, bude přitom použitelný vícenásobně. Během 160 sekund po startu vynese druhý stupeň s nákladem do výšky 90 km nad Zemí, kde se oddělí a posléze se na padáku snese zpět k mořské hladině. Zde na něj už bude čekat záchranná loď, aby jej vylovila a mohl být připraven k dalšímu letu.
Druhý stupeň – v první variantě vybavený opět vlastním motorem Kestrel (poštolka) – pak dopraví náklad na požadovanou nízkou oběžnou dráhu. Oba stupně využívají jako palivo vysoce rafinovaný kerosen s tekutým kyslíkem jako okysličovadlem.
Falcon – kosmický šerpa
Opravdovou „smetanou“ pro komerční lety bude raketa Falcon V. Pětka v názvu jednoduše signalizuje, že první stupeň rakety je tvořen pěticí motorů Merlin. Výsledný tah tohoto raketového stupně bude více než 2,2 milióny Newtonů (pro srovnání Nosná raketa Titan 4B má tah motoru 1.stupně 1,054 miliónu Newtonů). V kombinaci s dvojicí motorů Kestrel druhého stupně bude mít tato raketa kapacitu 4,5 tuny na nízkou oběžnou dráhu (LEO).
Pokročilejší verze využije pro druhý stupeň vyzkoušený a i konkurencí používaný motor RL-10 (výrobce Pratt & Whitney). Ve spojení s ním bude Falcon V, v roli zkušeného „kosmického šerpy“, schopen dostat na LEO, až 9 tun nákladu a na přechodovou geosynchronní (nad jedním bodem Země) dráhu (GEO) 4,5 tuny. Tato varianta by se pak stala zajímavou i pro komerční telekomunikační družice. Cena by přitom měla být kolem 20 miliónů dolarů (plus poplatky).
Proč systémy selhávaly?
Analýzou všech selhání v průběhu kosmických startů v letech 1980 až 1999, kterou provedla společnost Aerospace Corporation, se zjistilo, že 91% neúspěchů bylo způsobeno třemi subsystémy – raketový motor, oddělování jednotlivých stupňů a selhání přístrojů (avioniky). Aby se takové riziko omezilo a rakety Falcon byly podstatně spolehlivější, vychází jejich koncepce právě z výsledků této analýzy. Jeden raketový motor pro každý stupeň a jenom jedno oddělení vyhořelého stupně snižuje počet nebezpečných činností na nejmenší možné minimum. U rakety Falcon V je sice použito pětice motorů, ale výprava může být úspěšně dokončena i v případě selhání až trojice z nich (samozřejmě v závislosti na fázi letu). Všechny motory používají stejné palivové nádrže a jsou odděleny kevralovými štíty, které by měly ochránit zbylé funkční motory.
Poslední americkou raketou, která byla schopna dokončit let i bez jednoho motoru, což je u komerčních dopravních letadel zcela běžným požadavkem, byl slavný Saturn V. Přitom hned ve dvou případech opravdu k selhání jednoho z motorů došlo, nicméně všechny starty této rakety byly úspěšné.
SpaceX uvádí další srovnání s komerčními letadly. Pokud není potvrzeno, že všechny systémy fungují normálně, letadlo nemůže vzlétnout. Podobná praxe je zavedena u raket Falcon. Kontrola je provedena po zážehu prvního stupně a pokud neproběhne úspěšně, automatický systém neumožní raketě opustit startovací rampu.
Z hlediska avioniky jsou rakety Falcon vybaveny trojicí palubních počítačů, z nichž hned dva slouží jako záložní pro případ selhání. A konečně oddělení prvního stupně je zajištěno duálními mechanismy, které byly už v minulosti bezproblémově použity na jiných raketách.
I Pentagon šetří
Vývoj rakety pokračuje pomaleji než bylo původně plánováno, což připouští i Elon Musk. Vyšší jsou rovněž náklady. Nicméně i nadále se počítá s výše uvedenými cenami a celkové výdaje na vývoj by neměly překročit 100 miliónů dolarů. Musk říká: „Stále mám velmi dobré pocity ohledně ceny rakety, ale bude trvat o něco delší dobu než se investice vrátí.“ Cílem je v roce 2010 asi šest startů Falcon I a 4 – 6 startů Falcon V. V současné době jsou na seznamu již čtyři potvrzené starty.
Vůbec první raketa Falcon I by měla na oběžnou dráhu vynést experimentální družici TacSat-1 určenou pro Pentagon. Cílem tohoto projektu je ukázat možnost postavení malé družice za jeden rok a méně než 15 miliónů dolarů. Ačkoliv má družice mírné zpoždění, je to nosná raketa, která způsobuje odklad startu. I zdroje z Ministerstva obrany USA ale potvrzují trpělivost s delším vývojem. Pentagon chce vidět úspěšný start rakety, protože v takovém případě by „dostal do vínku“ levnější lety do vesmíru. Ještě letos by se mohl uskutečnit další start pro americkou vládu a ke konci letošního roku je potvrzena zakázka pro malajskou společnost. A konečně ve druhém čtvrtletí příštího roku se očekává premiéra Falcon V, objednaná Bigelow Aerospace. Internetové stránky SpaceX přitom zmiňují i několik dalších potenciálních zákaznících pro příští rok.
Odkud se poletí?
Společnost sídlí v kalifornském El Segundo a tak se první starty uskuteční z území tohoto státu, z kosmodromu Vandenberg. Do budoucnosti by se hlavním místem startů měl stát Cap Canaveral. Ze startovacího komplexu 36 vzlétla na konci ledna do vesmíru poslední z raket Atlas a poté byl opuštěn. Komplex se dvěma rampami, ze kterého v průběhu uplynulých čtyřech desetiletí odstartovalo 145 raket, by si nyní ráda od amerického letectva pronajala právě společnost SpaceX. Podle Elona Muska by byli schopni využít téměř všechno vybavení, které je na rampách k dispozici. Výjimkou jsou startovací věže, protože ty rakety Falcon, startující z mobilní platformy, nepotřebují. Třetím místem, odkud budou rakety Falcon startovat, je ostrov Omelek patřící k Marshallovým ostrovům. Ten nabízí velmi výhodnou polohu v těsné blízkosti zemského rovníku.
Poletí i lidé?
SpaceX ovšem jen nečekají na to, až se nějací kupci sami ozvou. Zajímavým krokem bylo získaní 10% podílu v britské společnosti Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL), která je významným výrobcem malých a levných družic. Dosud na oběžnou dráhu z jejích dílen vzlétlo 23 družic. Jsou mezi nimi například i družice systému Disaster Monitoring Constellation, které bdí nad oblastmi postiženými přírodními katastrofami. Dalších devět družic se nyní vyrábí. Získáním podílu v SSTL se SpaceX otevírají další možnosti jak najít zákazníky pro své rakety.
Elon Musk se rovněž ohlíží po NASA jakožto potenciálním zákazníkovi. A nejenom kvůli vynášení umělých družic. Podle jeho slov budou rakety Falcon V schopny dopravit na nízkou oběžnou dráhu až pět lidí. Mezinárodní kosmická stanice (ISS) by se mohla stát jedním z dopravních cílů těchto raket. Zvláště pokud NASA ukončí lety raketoplánů v roce 2010 a ještě nebude mít k dispozici jejich nástupce. Proto jsou rakety už od samého počátku vyvíjeny jako „man-rated“, tedy způsobilé letů s lidskou posádkou.
Další výzvou je America Space Price, kterou na konci loňského roku vypsal hoteliér Robert Bigelow, který na oběžné dráze hodlá postavit kosmický hotel. Prémii ve výši 50 miliónů dolarů získá ten, kdo dopraví pětici lidí na nízkou oběžnou dráhu a to dvakrát během 60 dnů. Mohla by to být právě SpaceX. Prémie vyprší v roce 2010.
Pokud by se Elonu Muskovi a jeho společnosti podařilo své cíle uskutečnit, mohlo by to skutečně znamenat převrat v oboru kosmických letů. Nezbývá než mu držet palce, protože kosmický průmysl opravdu potřebuje řádně „postrčit“ dopředu.
Elon Musk
32letý jihoafričan uskutečnil svůj první významný obchod uskutečnil už ve 12 letech, kdy za 500 dolarů prodal počítačovou hru časopisu. Jeho další obchody se uskutečnily ve zcela jiné cenové relaci. Nejdříve v roce 1995 založil softwarovou společnost Zip2 Corporation, kterou později prodal firmě Compaq za 307 miliónů dolarů v hotovosti. Posléze se začal zajímat o možnosti elektronických plateb po internetu. Stal se spoluzakladatelem a majoritním akcionářem systému PayPal, který v říjnu 2002 koupila společnost eBay za 1,5 miliardy dolarů. Jeho třetí společností je SpaceX, jejímž cílem je nabízet vynášení nákladů na oběžnou dráhu za zlomek ceny dosažitelné současnými dostupnými raketami. Elon Musk má vysokoškolské vzdělání v oboru fyziky a obchodu.
Srovnání kapacity raket Falcon I a V
Dráha (výška) Falcon I Falcon V*
200 km 670 kg 6020 kg
400 km 580 kg 5450 kg
700 km 430 kg 4780 kg
přechodová – 1920 kg
meziplanetární – 1200 kg
*Pro variantu V jsou uvedeny teoretické hodnoty. Očekává se, že skutečná čísla budou vyšší. [zdroj: www.spacex.com]
