Block 4: Premiéra vylepšeného Falconu už proběhla, ale ne tak docela
Raketa Falcon 9 probíhá neustálým vývojem a dnes vypadá úplně jinak než její první varianta označovaná v1.0. Mimo jiné je vyšší, výkonnější, má odlišné a jinak uspořádané motory a používá extrémně podchlazené palivo. Navíc je schopná provést přistání prvního stupně. Elon Musk loni na Redditu oznámil, že tento vývoj však nebude nekonečný a že design rakety bude brzy finalizován a do budoucna už nebude výrazně upravován. Tuto finální variantu Elon nazývá Block 5 a zároveň přitom zmínil, že ještě předtím nás čeká také varianta Block 4.
Porovnání různých variant rakety Falcon
Od té doby jsme se o těchto nových variantách dozvěděli nějaké podrobnosti, ale ty největší změny se většinou týkaly Blocku 5, který má dostat například vylepšené nohy, titanová kormidla nebo znovupoužitelný tepelný štít. O Blocku 4 toho však mnoho nevíme a předpokládá se, že většina změn bude spíše nevýrazného charakteru. K hlavním cílům nových variant Falconu totiž patří snazší, levnější a rychlejší výroba a také implementace různých vylepšení na základě poznatků získaných z inspekcí zachráněných prvních stupňů a jejich následné renovace. SpaceX chce celý proces výroby i renovace co nejvíce zrychlit a usnadnit, jelikož to při opakovaném použití raket může vést k velkým úsporám.
Premiéra Blocku 4 se obecně očekává někdy tento rok, neboť Elon letos v lednu prohlásil, že premiéra Blocku 5 (tedy až té přespříští nové varianty) je plánována na konec roku. Z toho se tedy dá odvodit, že uvedení Blocku 4 do provozu musí být na spadnutí. A během několika posledních týdnů začaly vyplouvat na povrch různé nové poznatky a nepotvrzené informace, které do sebe pomalu začínají zapadat.
Vše to začalo misí NROL-76, při které si pozorní fandové všimli mírných rozdílů na horním stupni rakety, což vedlo ke spekulacím, že se jednalo o první Falcon ve variantě Block 4. Další indícií byla nepotvrzená informace, že SpaceX během této mise provedlo s horním stupněm test, při kterém jej nechalo po oddělení satelitu několik hodin na orbitě a poté úspěšně provedlo další zážeh vakuového Merlinu. Pozoruhodné to bylo proto, že horní stupeň doposud nebyl něčeho takového schopný (po určité době totiž dochází k mrznutí paliva), takže bylo jasné, že SpaceX muselo na raketě provést nějaké změny.
Detail horního stupně typu Block 4 při misi Inmarsat 5 F-4 (Foto: Inmarsat)
Během následné mise Inmarsat 5 F-4 si fanoušci opět všimli stejných rozdílů na druhém stupni a zároveň zaznamenali podezřele zrychlenou tankovací sekvenci (o které se mimochodem spekulovalo i u předchozí mise). Jednou z plánovaných změn nových variant Falconu má totiž být upravený tankovací systém, který by měl zajistit, že už nedojde k situaci, která vedla k nehodě Amos-6 v důsledku tankování paliva, okysličovadla a helia v rychlém sledu, což SpaceX potřebuje kvůli maximalizaci množství paliva, které se do rakety vejde. Začínalo být tedy jasné, že SpaceX má něco za lubem, ale společnost pořád mlčela a k problematice nových variant Falconu se stále nevyjadřovala.
To se změnilo během tiskové konference před následující misí CRS-11. Hans Koenigsmann ze SpaceX zde potvrdil, že rakety na misích NROL-76 a Inmarsat 5 F-4 opravdu disponovaly vylepšeným horním stupněm, který umožnil zhruba o 10 minut rychlejší tankování. Zároveň dodal, že z logistických důvodů další dvě mise (CRS-11 a BulgariaSat-1) budou mít opět starý typ horního stupně, ale že všechny následující mise po nich už pak budou mít nový typ. Tím se tedy vysvětlila záhada Blocku 4 – SpaceX jej zavádí postupně. Nejdříve přišel na řadu druhý stupeň a až později dojde na vylepšený stupeň první.
Hlavní změnou na prvním stupni ve variantě Block 4 by mohlo být mírné zvýšení tahu motorů Merlin, čehož bude dosaženo pouze softwarově a nebude to vyžadovat fyzickou změnu na motorech. Musk o tomto vylepšení mluvil už před více než rokem a mělo být uvedeno do provozu ještě během loňska. Jenže mezitím došlo k nehodě Amos-6, takže vznikl půlroční skluz. Když vezmeme toto zpoždění v potaz, tak se dá odhadovat, zvýšeného tahu bychom se měli dočkat už velmi brzy.
A zrovna včera se v článku na spolehlivém webu NASA Spaceflight objevila dost podstatná informace. Bylo v něm totiž v podstatě jen tak mimochodem zmíněno, že srpnová mise SpaceX s raketoplánem X-37B bude již druhým startem prvního stupně ve variantě Block 4. A jelikož to zatím vypadá, že tento start bude chronologicky následovat po misi CRS-12 (viz Plánované starty), mohlo by to znamenat, že právě tato zásobovací mise pro NASA bude skutečnou premiérou kompletního Blocku 4.
Uf, je to dost komplikované, tak si to radši zrekapitulujme:
- BulgariaSat-1 (červen): poletí již jednou použitý první stupeň a zároveň půjde o poslední misi se starým typem druhého stupně
- Iridium-2 (červen): tato a všechny další mise (např. Intelsat 35e) už budou disponovat druhým stupněm typu Block 4, první stupeň však zatím bude starého typu
- CRS-12 (srpen): možná půjde o první misi s oběma stupni ve variantě Block 4
A na jaké konkrétní změny se můžeme těšit? Na to se neodpovídá zrovna snadno, neboť u řady z nich není jisté, zda mají být součástí Blocku 4 nebo až Blocku 5. Navíc se jedná o více než 100 změn, většina z nich malých, a tak některé už klidně mohly být implementovány, aniž bychom to zaznamenali, neboť si toho není možné všimnout zvenčí. Zkusím však i přesto vypsat aspoň ty nejdůležitější změny, které jsou očekávány (ať už byly oficiálně potvrzeny, nebo se o nich zatím jen spekuluje):
Detail na přistávací nohu používanou v současnosti. (Foto: SpaceX)
- Výrobní vylepšení – Velká část změn bude nejspíše spadat do této kategorie. SpaceX usiluje o levnější, rychlejší a spolehlivější proces výroby a zároveň co nejsnazší proces renovace použitých stupňů, čehož dosáhne právě prostřednictvím mnoha dílčích změn.
- Změny na popud NASA a vlády – Gwynne Shotwell ze SpaceX před časem mluvila o Blocku 5 a poznamenala, že velká část změn této varianty má původ v požadavcích NASA a agentur národní bezpečnosti typu NRO. V případě NASA jde nejspíš hlavně o změny související se získáním certifikace v rámci Commercial Crew, bez které by SpaceX nemohlo vynášet astronauty na ISS. Jednou z potvrzených změn je například zamezení vzniku prasklin na lopatkách turbočerpadel u motorů Merlin.
- Schopnější druhý stupeň – Jak jsme se již doslechli, vylepšený horní stupeň dokáže pobývat na orbitě i několik hodin a během této doby provádět opakované zážehy motoru. To se hodí pro vynášení družic přímo na geostacionární dráhu (místo snazší, ale pomalejší přechodové dráhy) nebo třeba případnou znovupoužitelnost druhého stupně.
- Zvýšený tah motorů – Při testování se zjistilo, že motory Merlin 1D jsou spolehlivě schopné vyššího tahu, než který byl původně považován za maximální možný. Jedná se pouze o softwarovou změnu, která bude mít za následek zhruba 8% zvýšení tahu. Tato plánovaná změna byla několikrát oficiálně potvrzena.
- Vylepšený heliový systém – Upravené heliové nádrže a vylepšený systém tankování, což by mělo zabránit vzniku podobné situace, která vedla k nehodě Amos-6, a to i v případě rychlého tankování, které se provádí kvůli tomu, aby se podchlazené palivo nestihlo moc ohřát, což vede k jeho rozpínání a tím pádem se ho do rakety vejde méně, což u náročnějších misí může například znemožnit pokus o přistání.
- Sklápěcí a znovupoužitelné nohy – Současné přistávací nohy není možné po přistání sklopit, a tak se musejí zcela odmontovat. Zároveň nemají dobrou tepelnou ochranu, takže se nedají snadno použít opakovaně. Nové nohy budou sklopitelné a mělo by být možné je znovu použít. Elon také už v roce 2014 mluvil o tom, že se plánuje úprava nohou kvůli zvýšení aerodynamického odporu prostřednictvím částečného vyklopení nohou za letu. Vylepšené nohy by mohly tuto funkci plnit, ale možná z tohoto nápadu nakonec sešlo.
- Znovupoužitelná tepelná ochrana – Tom Mueller ze SpaceX nedávno potvrdil, že Block 5 bude disponovat znovupoužitelnou tepelnou ochranou. V současnosti je tepelná ochrana převážně řešena formou ablativních nátěrů a korkového štítu, což je sice levné, ale na druhou stranu to není praktické z hlediska rychlé znovupoužitelnosti.
- Roštová kormidla – Elon Musk prohlásil, že nová kormidla budou větší a budou vyrobena z titanu, což zajistí vyšší tepelnou odolnost a umožní jejich znovupoužitelnost. Navíc by nová kormidla měla umožnit návrat prvního stupně s vyšším úhlem náběhu, což povede k šetření paliva díky delší době strávené v atmosféře a s tím souvisejícímu zpomalení. Více informací o nových kormidlech najdete v samostatném článku.
Líbí se vám takovéto články? Chodíte na ElonX rádi a chtěli byste, aby web zůstal bez reklam a autor mohl nadále vydávat kvalitní obsah? Vyjádřete svou podporu a spokojenost pomocí služby Patreon či jinak a zařaďte se tak po bok ostatních dobrodinců, kteří už web podpořili. Děkuji za přízeň!
Podpořte projekt ElonX
- Mise Starlink 6-53 - 19. 4. 2024
- Mise Starlink 6-52 - 17. 4. 2024
- Mise Starlink 6-51 - 14. 4. 2024
Dobrý den,
Zajímalo by mně, zda ve variantě Blok 4 na prvním stupni bude opravdu dosaženo zvýšení tahu motorů pouze tím, že zvýší rychlost čerpání paliva do motoru. Podle mého názoru se bude jednat spíše o změnu poměru palivo/okysličovadlo. Pokud porovnán barvu plamene motoru Merlin s barvou plamene rakety Saturn V, připadá mi, že motory Merlin mají barvu plamene více do oranžova, takže mají při spalování větší přebytek paliva oproti okysličovadlu ve srovnání se Saturnem, který také spaloval speciální petrolej. Pokud by se spalování provádělo při menším přebytku paliva, dosáhlo by se větší teploty ve spalovací komoře a tím většího tahu. Větší teplota by ale možná vyžadovala použití jiné (dražší) slitiny pro materiál spalovací komory, což u znovupoužitelné rakety dává smysl- vyplatí se. Navíc pokud by se měnil spalovací poměr, bylo by potřeba zvětšit nádrž na LO a zmenšit tu na palivo, což by vysvětlovalo, proč zvýšení tahu bude až Blok 4. Pouhé zvýšení tahu pomocí softwarové změny v řízení motorů by mohlo být provedeno již dávno v minulosti. Motory Merlin jsou již dlouho v provozu a za tu dobu bylo jistě provedeno množství testů, kde byly zjišťovány hraniční hodnoty spolehlivého provozu.
PS: Velmi dobrý článek, celý tento Web je super.
Nemělo by vyklopení nohou během sestupu negativní vliv na účinnost roštových kormidel?
Pochopil jsem to tak, že nohy vyklopí až po skončení transsonické fáze letu po skončení entry burn. Do té doby je účinnost roštů nejvyšší a nohy ani vyklopit nelze.
Tím pádem by možná vyklopené nohy mohly pomáhaly brzdit od výšky cca 10 km nad zemí. V tuto chvíli již probíhá nějakou dobu aerobraking a rychlost klesla na cca 500 m/s.
Landing burn začíná v cca 5 km na zemí – při rychlosti nějakých 350m/s – jenže s nohami s funkcí aerobraking to bude moci být níže a za nižší rychlosti – odvažuji se tvrdit, že to může být i terminální rychlost – což by znamenalo velmi krátký zážeh, na který stačí minimum paliva.
No, chci to vidět 🙂 Bude to paráda 🙂
To musí být obrovské síly. Vytlačit nohy proti proudícímu vzduchu v rychlosti 500m/s. Nebude je asi vyklápět nějaký drobounký servomotorek. Vůbec bych se nedivil, kdyby toto byl hlavní důvod, proč by od toho upustili.
Otázka je jak dlouho by se dal F9 ještě vylepšovat.
Dobrý večer.
Díky za super článek. Chvíli jsem přemýšlel, co mi ten článek jen připomíná a pak mi to došlo …
Podobné články jsou normální na autowebech nebo webeech o výpočetní technice … popisují nové verze aut, facelifty, nove verze notebooků a podobně 🙂
Tady jde sice o kosmické orbitální nosiče … ale co no … prostě nová verze během roku, možná budou i dvě, pár vylepšení, nový design …
Úžasná doba, že? 🙂
Při čtení komentáře jsem nejdříve myslel, že budu nařčen z kopírování textu odjinud. 😀 Každopádně jsem rád, že se vám článek líbil.
Souhlas, dobrý článek, jen sem koukal a kochal se. Mimochodem, na jednu stranu si říkám, že je škoda, že to plánují finalizovat, na druhou stranu je to dobře, přestanou se plácat s F9 a můžou vývoj vrhnout na ITS. 🙂