Supertěžká
mnohonásobně použitelná raketa soukromé americké firmy
SpaceX
(ve vývoji).
V roce 2016 představil Elon Musk, šéf firmy SpaceX, svou 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 mohlo 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 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 měl mít délku cca
70 metrů a Starship cca 50 metrů. Celková startovací délka rakety BFR měla 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
probíhat motoricky (poblíž místa startu, nebo přímo na záchytná ramena startovací
rampy). 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 malých výšek
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 cca 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 dále upřesnil nový design SuperHeavy/Starship
(SHS) tak, že Super Heavy měl mít 37 motorů Raptor (každý o tahu 200 tun) a
nádrže pro 3300 tun pohonných látek. Starship měl 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 měl 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 zkoušela 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 a následné přistání provedl prototyp SN5 dne 04.08.2020. Prototyp
SN6 pak uskutečnil podobný skok do výšky 150 metrů dne 03.09.2020. 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 cca 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 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 odstartoval, 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 přistávací
nohy, které se ani všechny úspěšně nevyklopily. Prototyp SN10 po přistání sice
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
dolní části SN10 a i tento prototyp tak byl 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
měly prototypy Starshipu úplný tepelný štít.
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 až pokročilejší
prototypy, od boosteru B7 (s délkou 69 metrů, nádržemi na 3400 tun pohonných
látek a s 33 motory Raptor 2, každý s tahem 2,25 MN).
Pro testování a pak i pro kosmické starty SpaceX staví a stále
vylepšuje svoji základnu v Boca Chica v Texasu (nazvanou "StarBase").
Pro orbitální lety má sloužit velká rampa s velmi vysokou integrační věží a
speciálními pohyblivými rameny (pro sestavování Super Heavy 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 vodu). Počátkem roku 2022 byla na dokončované rampě několikrát
složena kompletní sestava systému SHS (tedy prototypů boosteru Super Heavy a
prototypů lodi Starship) a byly provedeny zkoušky tlakování nádrží, plnění nádrží
kapalným dusíkem a později i kapalným kyslíkem a metanem. Testování na rampě,
včetně několika statických zážehů motorů Raptor, probíhalo mnoho měsíců, až
do začátku roku 2023.
Do kosmu se měl kompletní Starship dostat v roce 2023. Při prvním letu ale
podle plánu měly oba stupně dopadnout do moře a měly tedy být zničeny. První
testovací start kompletní sestavy SHS (B7/S24) se ze základny Starbase uskutečnil
20.04.2023, ale po cca 4 minutách letu raketa havarovala. Hlavním problémem
byl nedostatečný tah motorů prvního stupně Super Heavy, které během letu postupně
zhasínaly. K oddělení druhého stupně Starship tak už nedošlo, raketa ve výšce
nad 30 km začala nekontrolovatelně rotovat a pak byla záměrně zničena bezpečnostním
systémem FTS (Flight Termination System). Zbytky rakety dopadly do vod Mexického
zálivu. Během vzletu byl také významně poničen pozemní startovací stůl. Jeho
oprava si vyžádala několik měsíců práce. Pro další starty byl ale startovací
stůl doplněn o výkonný vodní záplavový systém, který brání dalšímu poškození
rampy.
Pro druhý testovací let byla už koncem léta 2023 připravena sestava prototypů
B9/S25. Pro samotný start však bylo třeba počkat na povolení od amerického úřadu
FAA. Druhý testovací let měl být opakováním plánu pro první start, tedy téměř
orbitální let s dopadem Starshipu do moře u Havaje po necelém jednom oběhu kolem
Země a s částečným návratem Super Heavy k místu startu a se simulovaným motorickým
přistáním do pobřežních vod. Prototyp boosteru B9 měl nově elektrický systém
vychylování motorů (prototyp B7 měl hydraulický systém) a pro oddělení stupňů
byl využit tzv. "hot staging", tedy zážeh motorů Starshipu ještě před
odpoutáním od prvního stupně. K tomu byl booster B9 doplněn o speciální děrovaný
prstenec ve své horní části. V listopadu 2023 bylo vše připraveno k letu IFT-2
(Integrated Flight Test 2) a 18:11.2023 sestava B9/S25 odstartovala. Vzlet tentokrát
probíhal dobře (rampa nebyla poškozena, všechny motory Super Heavy B9 běžely
až do rozdělení stupňů a dokonce i "hot staging" proběhl úspěšně a
Starship S25 pokračoval v letu na všech 6 svých motorů. Bohužel krátce před
dosažením plánované suborbitální dráhy Starship S25 vybuchl, zřejmě kvůli nezvládnutému
vypouštění přebytečného kapalného kyslíku z nádrží. Také Super Heavy B9 neplánované
explodoval krátce po rozdělení stupňů, během otočky do polohy pro návrat stupně
k místu startu. Důvodem asi bylo poškození motorů kvůli chybné palivové směsi
v důsledku šplouchání paliva v nádrži a následný požár v motorovém prostoru.
Další start proběhl 14.03.2024 (šlo o sestavu prototypů B10/S28) a byl prakticky
úspěšný. Booster B10 běžel celou dobu na všech 33 motorů Raptor a po oddělení
od Starship provedl i zážeh pro návrat do moře poblíž místa startu. Nepodařil
se jen závěrečný simulovaný přistávací zážeh, takže stupeň dopadl vysokou rychlostí
(a byl zničen, k čemuž by ale došlo i při kontrolovaném dosednutí do vody).
Starship S28 úspěšně provedl "hot staging" a na všech svých 6 motorů
Raptor dosáhl plánovanou téměř orbitální dráhu. V přeletové fázi (v beztíži)
pak vyzkoušel otevření nákladového prostoru a testovací přečerpání několik tun
kapalnéhpo kyslíku mezi vnitřními nádržemi (což byla příprava na budoucí dopňování
paliva na oběžné dráze). Zřejmě kvůli ztrátě manévrovatelnosti pak už neproběhl
očekávaný demonstrační zážeh motorů Raptor a také při návratu do atmosféry nebylo
dosaženo správné polohy a loď S28 se rozpadla v předem oznámené oblasti nad
Indickým oceánem (v původním plánu byl test tepelného štítu S28 a řízený dopad
do vody [i když i ten měl být destruktivní]).
Let číslo 4 (sestavy B11/S29) se uskutečnil 06.06.2024 a byl velmi úspěšný,
protože splnil všechny plánované cíle, tedy simulované motorické přistání prvního
stupně do moře, navedení druhého stupně na téměř orbitální dráhu, přežití průletu
atmosférou a řízené motorické přistání funkčního druhého stupně do moře. Bylo
tedy vyzkoušeno i závěrečné překlopení a zapálení motorů Raptor těsně před dopadem
lodi S29 do Indického oceánu, přestože během sestupu atmosférou byly řídicí
klapky značně poškozeny silným tepelným namáháním. Ukázalo se, že konstrukce
lodi je velmi odolná a systém je principiálně funkční.
V roce 2024 se mělo uskutečnit ještě několik dalších startů SHS.
Už při letu č. 5 (13.10.2024) byl učiněn úspěšný pokus o zachycení přistávajícího
prvního stupně speciálními rameny na startovací rampě. Booster B12 se pomocí
vlastních motorů vrátil k místu startu a měkce dosedl na horní část svírajících
se ramen integrační věže, zvané Mechazilla. Druhý stupeň S30 při tomto letu
dosáhl plánované suborbitální dráhy a po průletu histými vrstvami atmosféry
úspěšně provedl testovací motorický přistávací manévr na přesném místě v předem
určené oblasti Indického oceánu poblíž západního pobřeží Austrálie.
Pro systém SHS staví SpaceX startovací komplex i na Floridě, v areálu rampy
LC-39A. Stavba byla zahájena v roce 2022 ale s jejím dokončením se čeká na výsledky
startů z Boca Chica. V roce 2024 byla také zahájena stavba druhé startovací
rampy v Boca Chica, která má být v provozu od roku 2025. S druhou rampou se
počítá i na KSC na Floridě.
V dalším období by měl systém zahájit komerční dopravu nákladů do kosmu (nejprve
zřejmě mnoha družic satelitního komunikačního systému SpaceX Starlink). Po roce
2025 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 programu Polaris by měl být první pilotovaný
let lodi Starship.
V roce 2018 zakoupil japonský miliardář Yusaku Maezawa jeden celý start SHS
pro turistický oblet Měsíce (s návratem na Zemi) v rámci projektu dearMoon.
Maezawa si v roce 2022 do své posádky vybral 8 umělců z celého světa, kteří
měli lidi inspirovat k létání do kosmu. Mezi vybranými byl i česko-nigerijský
kreativec Yemi A.D. V červnu 2024 byl ale celý projekt odvolán a zrušen kvůli
velkému zpoždění vývoje systému Starship.
V roce 2021 NASA také vybrala návrh speciálně upraveného Starshipu (Lunar
Starship) jako přistávací lunární modul (HLS = Human Landing System) pro
svůj program Artemis,
jehož cílem je obnovení pilotovaných letů na Měsíc. K prvnímu pilotovanému přistání
na Měsíci v rámci programu Artemis by mělo dojít nejdříve v roce 2026. Ještě
předtím by měla proběhnout nepilotovaná demonstrační mise HLS Starship, jejímž
cílem bude ověření automatizované přistání na Měsíci.
Aktualizováno : 13.10.2024
[ 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)
