Kosmonautika (úvodní strana)
Kosmonautika@kosmo.cz
  Nepřihlášen (přihlásit)
  Hledat:   
Aktuality Základy Rakety Kosmodromy Tělesa Sondy Pilotované lety V Česku Zájmy Diskuse Odkazy

Obsah > Nosiče > Raketa BFR (alias SHS [Super Heavy + Starship])
tisk 

Prototyp SHS na rampě v Boca Chica (18.03.2022)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.

Vzhled SHS v roce 2023Koncem 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 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]).

V roce 2024 by se mělo uskutečnit ještě několik dalších startů SHS.

Nejbližší 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.

Je možné, že už při dalším letu (č. 5) bude učiněn pokus o zachycení přistávajícího prvního stupně speciálními rameny na startovací rampě.

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. 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 : 06.06.2024

[ 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)

Stránka byla vygenerována za 0.040550 vteřiny.