Supertěžká
mnohonásobně použitelná raketa soukromé americké firmy
SpaceX
(ve vývoji).
V roce 2016 představil Elom Musk, šéf firmy SpaceX, svu vizi supertěžké
mnohonásobně použitelné rakety ITS (Interplanetary Transport System), určené především
pro dopravu lidí a nákladu na Mars (a na další vzdálená místa ve Sluneční soustavě).
Hlavním
cílem bylo vytvořit dopravní systém na Mars tak levný, aby si cestu na Mars mohla
dovolit i mnoho soukromých osob (zhruba za cenu rodinného domu v USA, tedy v řádu
statisíců USD za letenku). Klíčem k dosažení tohoto cíle byla kompletně mnohonásobně
použitelná dvojstupňová raketa, jejíž první stupeň by přistával na místě startu
podobně jako první stupně raket Falcon 9, a
jejíž druhý stupeň by měl podobu velké kosmické lodi s integrovanými nádržemí
tak, aby byl schopen dosáhnout oběžnou dráhu kolem Země, měl možnost dotankování
v kosmu a byl schopen přistání na Marsu i na Zemí (podobně jako raketoplán, ale
se svislým motorickým přistáním). Aby systém ITS splnil zadané cíle, byl navržen
opravdu obrovský. Měl mít startovací hmotnost přes 10000 tun, průměr 12 metrů,
výšku 122 metrů a nosnost až 300 tun na nízkou dráhu kolem Země (LEO) [v plně
mnohonásobně použitelné verzi]. Motory Raptor na kapalný metan a kapalný kyslík
měly mít tah cca 3 MN (každý). V prvním stupni jich mělo být 42 (celkový startovací
tah 128 MN) a ve druhém stupni 9 (tah celkem 31 MN). Palivo pro návrat z Marsu
mělo být vyrobeno přímo na Marsu z místních zdrojů (z vodního ledu a z atmosférického
CO2).
V roce 2017 E.Musk přinesl upravenou vizi s poněkud menší raketou
nazývanou BFR (Big Falcon Rocket) o průměru 9 metrů, startovací hmotností cca
4400 tun a nosností cca 150 tun na LEO. Ostatní principy systému zůstaly stejné.
Základem konstrukce měly být uhlíkové kompozity.
Koncem roku 2018 bylo technické řešení systému opět změněno. Jako základní
materiál pro konstrukci byla vybrána velmi odolná nerezová ocel (aby nebylo
nutno používat ablativní tepelnou ochranu druhého stupně a aby mohla být snížena
cena za stavební materiál). První stupeň byl pojmenován "Super Heavy"
a druhý stupeň (kosmická loď) dostal název "Starship". Očekávaná
nosnost na LEO byla nejméně 100 tun. Super Heavy má mít délku cca 70 metrů a
Starship cca 50 metrů. Celková startovací délka rakety BFR má být až 120 metrů.
Pro sestup atmosférou měl Starship využívat aktivní transpirační chlazení pomocí
rosení a odpařování chladicí kapaliny (palivového metanu) skrz perforovaný vnější
plášť. Při další aktualizaci bylo ale v září 2019 sděleno, že Starship nakonec
využije klasické keramické dlaždice. Pro manévrování v atmosféře mají být použity
pohyblivé aerodynamické plochy. Závěrečné svislé přistání má proběhnout motoricky
(poblíž místa startu). Také první stupeň Super Heavy se má motoricky vracet
na místo startu a přistávat svisle motoricky, přímo na startovací rampu, která
bude stupeň zachycovat pomocí speciálních ramen.
Začátkem
roku 2019 zahájila firma SpaceX stavbu testovacích prototypů jak motorů Raptor,
tak atmosférického (zkráceného) modelu lodi Starship, zvaného "skokan"
(Hopper), určeného pro testování závěrečného svislého přistávání z výšek do 5
km podobně, jako byl při vývoji přistávání raket Falcon používán testovací Grasshopper.
Hopper byl kompletován poblíž nově stavěného kosmodromu v Boca Chica v jižním
Texasu. První cca 20 metrů vysoký skok Hopperu proběhl úspěšně 26.07.2019. Druhý
(a poslední) testovací skok (do výšky 150 metrů) byl úspěšně uskutečněn 27.08.2019..
Na
jaře roku 2019 byla zahájena stavba orbitálních prototypů (v plné veikosti o délce
přes 50 metrů) lodí Starship (Mk1 v Boca Chica a Mk2 na Floridě poblíž KSC). Letové
testy Starshipů Mk1 a Mk2 měly být zahájeny na podzim 2019. Jejich cílem bylo
ověření spolehlivosti motorů Raptor, robustnosti celkové konstrukce lodi a především
ověření bezpečnosti tepelné ochrany a způsobu manévrování při průletu atmosférou
vysokou rychlostí (tedy za podobných podmínek, jakým bude loď vystavena při návratu
z kosmu).
Při prezentaci 28.09.2019 E.Musk upřesnil nový design SuperHeavy/Starship (SHS)
tak, že SuperHeavy měl mít 37 motorů Raptor (každý o tahu 200 tun) a nádrže
pro 3300 tun pohonných látek. Starship má mít suchou hmotnost cca 120 tun, nádrže
na 1200 tun pohonných látek a celkem 6 motorů Raptor (o tahu až 220 tun ve vakuu).
Starship má mít dvě dvojice pohyblivých aerodynamických ploch a v zadní části
celkem 6 noh na přistání. Prezentace proběhla v Boca Chica v Texasu, vedle tehdy
právě dokončené testovací verze Starshipu Mk1 s tím, že první letový test s
Mk1 měl proběhnout ještě do konce roku 2019. Prototyp Mk1 byl ale později zničen
ještě na zemi při tlakové zkoušce.
SpaceX pro letové testy postavila řadu dalších testovacích prototypů (SN2 atd.)
na nichž testovala výrobní postupy a prováděla tlakové zkoušky. Teprve exempláře
SN5 a další byly v létě roku 2020 připraveny pro létání. První skok do výšky
150 metrů provedl prototyp SN5 dne 04.08.2020. Prototyp SN6 pak uskutečnil podobný
skok do výšky 150 metrů dne 03.09.2020. Cílem dalších testů je kompletní let
Starshipu na oběžnou dráhu (s prvním stupněm Super Heavy) a následné přistání
zpět na Zemi. Model SN8 už obsahoval i špičku a pohyblivé aerodynamické plochy
a 09.12.2020 uskutečnil testovací skok do výšky cca 12 km. Při závěrečném dosednutí
sice havaroval, ale jinak byl test velmi úspěšný. Stoupání na tři motory Raptor
bylo bezproblémové a motory pracovaly až 5 minut. Také následující ploché bezmotorové
aerodynamické klesání bylo velmi stabilní a přesně řízené aerodynamickými plochami.
I motorické překlopení zpět do svislé polohy před přistáním proběhlo dobře (na
dva motory Raptor) a přesně nad přistávací plochou. Teprve závěrečné motorické
dobrzdění se nepodařilo, takže SN8 dosedl příliš rychle, poškodil se a vybuchl.
Příčinou byl prý nedostatečný tlak v palivové nádrži, což znemožnilo motorům
Raptor vyvinout plánovaný přistávací tah. Podobně proběhl testovací let prototypu
SN9. Dne 02.02.2021 SN9 úspěšně odstartova, vystoupal do 10 km a bezproblémově
aerodynamicky klesal, ale k přistávacímu manévru se podařilo zapálit jen jeden
motor, což nestačilo na dobrzdění a SN9 dopadl na zemi ještě větší rychlostí
než SN8 (takže také vybuchl). Letový test prototypu SN10 byl úspěšnější a 03.03.2021
se mu podařilo po skoku do výšky 10 km i relativně měkce přistát ve svislé poloze.
Přistávací manévr byl tentokrát zahájen postupným zápálením všech tří motorů
Raptor a po překlopení do svislé polohy byly dva motory záměrně vypnuty. Závěrečné
klesání proběhlo na jeden motor a dosednutí bylo trochu tvrdší, takže to nevydžely
ořistávací nohy, které se ani všechny úspěšně nevyklopily. Prototyp SN10 po
přistání ještě chvíli stál ve svislé poloze, ale na zborcených nohách a s trvalejším
požárem v motorovém prostoru. Po několika minutách nakonec došlo k výbuchu v
donlí části SN10 a tento prototyp byl tak zničen. Ještě hůře dopadl prototyp
SN11, který 30.03.2021 při svém testovacím skoku za husté mlhy sice také vystoupal
do 10 km a úspěšně aerodynamicky klesal, ale vybuchl hned na začátku přistávacího
zážehu motorů, tedy ještě dost vysoko nad zemí, takže trosky byly rozmetány
na mnohem větší ploše, než po předchozích testech. Naštěstí ani tentokrát nebyly
škody na pozemním vybavení příliš velké. Plně úspěšný byl prototyp SN15, který
05.05.2021 provedl kompletní testovací let do výšky cca 10 km, včetně měkkého
přistání poblíž startovací rampy. Pro další testy byly postaveny prototypy SN16,
SN17, SN20 atd. Od čísla SN20 mají prototypy Starshipu úplný tepelný štít. Jeden
z těchto prototypů by se měl jako první dostat až na oběžnou dráhu kolem Země
(s pomocí některého z prototypů prvního stupně Super Heavy).
Koncem roku 2020 byla v Boca Chica zahájena i stavba testovacího prvního stupně
Super Heavy (prototyp BN1). Ten byl kompletně sestaven v březnu 2021 (bez motorú),
ale jen pro ověření výrobních postupů, takže k letovým zkouškám se nedostal.
Také další prototypy byly neletové a ověřovala se na nich kvalita výroby a postupy
tankování. Pro vynášení prototypů Starshipu do kosmu byly určeny pokročilejší
prototypy, od boosteru B7.
Pro
testování a pak i pro kosmické starty SpaceX staví a stále vylepšuje svoji základnu
v Boca Chica v Texasu (zvanou "StarBase"). Pro orbitální lety má sloužit
speciální velká rampa s velmi vysokou integrační věží a speciálními rameny (pro
sestavování SuperHeavy a Starshipu na rampě, a také pro zachycování přistávajících
boosterů i lodí). Výstavba této rampy probíhala od roku 2020 a byla dokončena
v roce 2022 (včetně vedle stojících velkých nádrží na pohonné a testovací látky
(kapalný kyslík, kapalný metan, kapalný dusík a velká nádrž na vodu). Počátkem
roku 2022 byla na dokončované rampě několikrát složena kompletní sestava systému
SHS (tedy prototypů boosteru Superheavy a prototypů lodi Starship) a byly s
ní provedeny zkoušky tlakování nádrží, plnění nádrží kapalným dusíkem a později
i kapalným kyslíkem a metanem.
Na oběžnou dráhu by se měl kompletní Starship (B7/SN24) dostat snad ještě v
roce 2022. Při prvním testovacím letu ale podle plánu přistanou oba stupně do
moře a budou tedy zničeny.
V dalším období by měl systém zahájit komerční dopravu nákladů do kosmu (nejprve
zřejmě mnoha družic satelitního komunikačního systému SpaceX Starlink). Po roce
2024 by mohla být dvojice bezpilotních Starshipů vyslána na Mars s nákladem
a vybavením pro budoucí pilotované mise na Mars (ty by mohly být zahájeny nejdříve
v roce 2029). Brzy po uvedení systému do provozu by měl proběhnout i soukromě
financovaný pilotovaný oblet lodi Starship kolem Měsíce (s návratem na Zemi)
[mise dearMoon]. Přípravným programem pro zprovoznění pilotovaných verzí Starship
by měl být soukromě financovaný program Polaris, kde budou nejprve během dvou
pilotovaných misí lodi Crew
Dragon ověřeny potřebné postupy a komponenty (první mise Polaris Dawn má
proběhnout v roce 2023 a bude mimo jiné ověřovat skafandry SpaceX pro výstup
do otevřeného kosmu) a vyvrcholením tohoto programu by měl být první pilotovaný
let lodi Starship.
V roce 2021 NASA také vybrala návrh speciálně upraveného Starshipu (Lunar
Starship) jako přistávací lunární modul (HLS = Human Landintg System) pro
svůj program Artemis,
jehož cílem je obnovení pilotovaných letů na Měsíc. K prvnímu přistání na Měsíci
v rámci programu Artemis mělo dojít už v roce 2024, ale později byl tento termín
odložen nejméně na rok 2025..
Aktualizováno : 24.11.2022
[ Obsah | Rakety
a kosmodromy ]
Pokud není uvedeno jinak, jsou použité fotografie z NASA (viz. Using NASA Imagery) a dalších volně přístupných zdrojů.
(originál je na https://mek.kosmo.cz/nosice/usa/bfr/index.htm)
