Proč SpaceX někdy přistává na moři a jindy na pevnině?

Raketa Falcon 9 při pokusu o přistání na ASDS (Foto: SpaceX)

Již příští týden nás čeká další start společnosti SpaceX, při kterém raketa Falcon 9 vynese satelit EchoStar 23. Tato mise se však od těch předchozích liší jednou významnou věcí – SpaceX se při ní nepokusí přistát s prvním stupněm rakety a místo toho jej prostě nechá spadnout do moře. Ptáte se proč, když u všech misí za poslední rok a půl k pokusu o přistání došlo? A proč vlastně SpaceX někdy přistává na plošině na moři a jindy přímo na pevnině? Nebylo by lepší vždy přistávat na pevnině? Na tyto otázky vám odpoví dnešní článek.

Jak probíhá přistání

Ze všeho nejdříve si musíme vysvětlit, co vlastně takový pokus přistání prvního stupně obnáší. Raketa odstartuje z rampy a zhruba po třech minutách letu se první stupeň oddělí od stupně druhého a obvykle provede tři zážehy, které mu umožní bezpečně přistát buď na pevnině, nebo na plovoucí mořské plošině (ASDS):

  1. První zážeh je tzv. zpětný (anglicky boostback), který je proveden poté, co se raketa otočí o 180°, takže je natočena proti směru letu a tah motorů ji následně zpomalí a zkrátí se tím tedy výsledná vzdálenost místa dopadu od místa startu (v případě přistání na pevnině se tato vzdálenost zkrátí v podstatě na nulu). Pro tento manévr jsou zažehnuty 3 motory.
  2. Druhý zážeh je tzv. vstupní a provádí se při vstupu zpět do atmosféry. Bez něj by raketa nepřežila průchod atmosférou. Tímto 3motorovým zážehem se tedy první stupeň dostatečně zpomalí, aby přečkal průchod atmosférou bez úhony. Probíhající zážeh zároveň kolem spodní části rakety vytváří jakýsi ochranný kokon, který brání poškození motorů rychle proudícím vzduchem.
  3. Poslední zážeh začne několik vteřin před samotným přistáním a zpomalí raketu dostatečně na to, aby mohla měkce přistát.

Podrobná infografika znázorňující letový profil Falconu 9 a všech fází přistání na ASDS (Zdroj: ZLSA Design)

Drahocenné palivo

Jak je z popisu patrné, první stupeň musí provést hned několik zážehů motorů, aby přistání vůbec mělo šanci na úspěch. A tyto zážehy samozřejmě potřebují palivo. Raketa tedy musí mít nejen dostatek paliva na to, aby dokázala vynést náklad na cílovou oběžnou dráhu, ale také jí musí po oddělení prvního stupně nějaké zůstat, aby mohlo dojít k pokusu o přistání. Raketa však není nafukovací a její nádrže na tekutý kyslík a letecký petrolej mají nějakou maximální kapacitu.

Animace znázorňující vliv zpětného zážehu na výslednou trajektorii při návratu na pevninu. (Autor: StanDrawsSpaceships)

Množství paliva, kterým může raketa disponovat, je tedy fixní. Co se však u každého startu liší, je hmotnost nákladu a cílová orbita. A tím se dostáváme k jádru pudla. Čím hmotnější je náklad, tím více paliva raketa spotřebuje na to, aby mu udělila potřebnou energii nutnou k dosažení kýžené orbity. A zároveň vynesení nákladu na GTO vyžaduje o dost více paliva v porovnání s vynesením stejně hmotného nákladu na nízkou oběžnou dráhu. Kombinace těchto dvou proměnných (hmotnost nákladu a cílová orbita) pak diktuje, kolik paliva raketě zbyde na provedení přistání.

Na pevninu, nebo na ASDS?

V závislosti na tom, kolik paliva raketě zbyde pro přistání, tedy SpaceX musí posoudit, o jaký typ přistání se může pokusit. Zároveň má společnost dva dodatečné způsoby, jak ušetřit trochu paliva navíc. Jednak může v případě přistání na ASDS oželet zpětný zážeh (viz výše), což šetří palivo a má za následek to, že dráha letu prvního stupně bude vlastně klasickou balistickou křivkou a tím pádem doletí dále od místa startu, jelikož zpětný zážeh dráhu nezkrátí. Výsledek jde hezky vidět na následující infografice:

Infografika znázorňující pozměněný letový profil, při kterém není proveden zpětný zážeh (Zdroj: ZLSA Design)

Druhým způsobem, jak lze ušetřit trochu paliva, je při finálním přistávacím zážehu. Normálně se pro přistání nastartovává jen jeden motor (ten úplně prostřední) a tento zážeh je relativně dlouhý, ale místo toho lze provést kratší sekvenci „1-3-1“ – nejdříve se zažehne prostřední motor, po chvíli se zažehnou také dva postranní a po nějaké době opět zhasnou a přistání proběhne s jedním zažehlým motorem. Tato sekvence proběhne velmi rychle a má za následek rapidní zrychlení, což ve výsledku šetří palivo, ale přistání musí být v takovém případě o dost preciznější a šance na úspěch je nižší, jelikož sebemenší chybička pravděpodobně povede ke zničení rakety. Pokud tedy raketa má dostatečnou rezervu paliva, provádí se normálně ten delší zážeh s jedním motorem, jelikož přistání je pak o něco snazší.

Popsaná sekvence postupného zažehávání motorů (tedy 1-3-1) se mimochodem používá i pro ostatní dva manévry (zpětný a vstupní zážeh), jak můžete vidět například na videu vstupního zážehu z mise NROL-76:

Obecně vzato tedy existují následující možnosti přistání:

  1. Přistání na pevnině – vyžaduje nejvíce paliva, obvykle je možné jen u lehkých nákladů a/nebo u cest na nízkou oběžnou dráhu (např. CRS-10, Orbcomm -2)
  2. Přistání na ASDS (bez provedení zpětného zážehu) – jediná možnost pro velmi těžké náklady mířící na GTO (např. JCSAT-16, SES-10)
  3. Přistání na ASDS (s provedením zpětného zážehu) – ideální pro těžší náklad mířící na nízkou orbitu (např. Iridium-1)
  4. Bez pokusu o přistání – pokud má náklad více než zhruba 5,4 tuny a míří na GTO, tak Falcon 9 v1.2 momentálně není schopen pokusit se o jakýkoli typ přistání (např. EchoStar 23, Inmarsat 5 F-4)

Infografika znázorňující letový profil v případě přistání na pevnině (Zdroj: ZLSA Design)

Závěrem

Kdyby vše záviselo jen na SpaceX, tak by všechny jejich rakety přistávaly na pevnině, protože je to pro firmu nejlevnější (nemusí vysílat ASDS a související personál na několikadenní námořní výpravu) a zároveň můžou zachráněný stupeň ihned zpracovat a nehrozí dodatečné opotřebení v důsledku několikadenní cesty na slaném moři. Ale jak jsme si dnes vysvětlili, Ciolkovského rovnice je neúprosná – někdy zkrátka parametry dané mise neumožňují jakékoli přistání, natož přistání na pevnině. Dobrou zprávou je však to, že Falcon 9 letos čeká ještě řada vylepšení a spolu s nimi i zvýšení celkového výkonu. To znamená, že až výhledově dojde na misi s podobnými parametry jako má EchoStar 23, je pravděpodobné, že raketa ve variantě Block 5 už bude schopna pokusu o přistání na ASDS. A ty úplně nejhmotnější náklady budou v budoucnu létat na Falconu Heavy, u kterého bude nejspíš vždy možné zachránit všechny tři stupně. A to bude vskutku skvělá podívaná…

(Zdroj infografik: ZLSA Design)


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!




  • Mohlo by se vám líbit...

    Diskuze

    Buďte první komentující!

    Nastavit upozorňování na
    avatar
    wpDiscuz