Raketa Falcon a její varianty

Nejznámější a nejvytíženější raketou SpaceX je Falcon 9. Možná ale nevíte, že má několik variant a její vývoj stále není u konce, takže se pracuje na dalších vylepšeních. Udělejme si v tom tedy pořádek.

Porovnání různých variant rakety Falcon

Falcon 1

Vše to začalo malou raketou Falcon 1, na které si SpaceX chtělo otestovat všemožné systémy a výrobní techniky pro plánované větší rakety a také se ujistit, že vůbec jsou schopni dosáhnout oběžné dráhy. Falcon 1 je dvoustupňová raketa – první stupeň disponuje jedním motorem Merlin a druhý stupeň pak motorem Kestrel. Falcon 1 letěl celkem pětkrát, poprvé v roce 2008 a pokaždé z rampy na atolu Kwajalein na Marshallových ostrovech. První tři lety se nezdařily a SpaceX málem zbankrotovalo, ale čtvrtý start v roce 2009 byl nakonec úspěšný, a společnost se tak stala prvním soukromým subjektem, který dosáhl oběžné dráhy s raketou na kapalná paliva. Po pátém letu byl Falcon 1 vyřazen ze služby z důvodu nízkého zájmu o raketu s tak malou nosností (pár set kilogramů na nízkou oběžnou dráhu). Nahradil ji Falcon 9 ve své první variantě – v1.0.

Falcon 1 na rampě na atolu Kwajalein (Foto: SpaceX)

Falcon 9 v1.0

Poslední let Falconu 9 v1.0 (mise CRS-2)

Falcon 9 byl oproti Falconu 1 velkým skokem ve všech ohledech, ale ve své podstatě se jedná „jen“ o nafouklou verzi původního Falconu 1. Stále se jedná o dvoustupňovou raketu, která používá motory Merlin (akorát první stupeň disponuje místo jednoho rovnou devíti motory), ale v případě druhého stupně došlo k přechodu na vakuovou variantu Merlinu místo Kestrelu, který by byl pro tuto větší raketu příliš slabý.

Falcon 9 byl už od začátku navržen tak, aby byl alespoň z části znovupoužitelný. Trvalo však několik let, než SpaceX vymyslelo, jak toho dosáhnout a vychytalo všechny mouchy, a proto bylo prvních pokroků v této oblasti dosaženo až s variantami v1.1 a v1.2.

Falcon 9 v1.0 letěl celkem pětkrát a všechny lety byly úspěšné, i když jeden jen částečně (CRS-1).

Falcon 9 v1.1

Raketa Falcon 9 v1.1 během mise CRS-6. Všimněte si přistávacích nohou a roštových kormidel.

Elon Musk přiznal, že SpaceX bylo během vývoje původního Falconu 9 ještě dost nezkušené, a proto se dopustilo několika chyb, které bylo potřeba napravit a celkový design optimalizovat. Výsledkem byl Falcon 9 v1.1. Hlavními rozdíly oproti předchozí variantě bylo rozdílné rozmístění motorů prvního stupně (čtverec/mřížku nahradilo rozmístění zvané „octaweb“), nové motory Merlin 1D, o 60 % větší nádrže a dále také úpravy ve jménu experimentálních přistání prvních stupňů – konkrétně přidání přistávacích nohou a později také roštových kormidel. Všechny tyto změny měly za následek zvýšení hmotnosti rakety o 60%, ale raketa má zároveň o 60 % vyšší tah a nosnost.

Porovnání rozložení motorů. Vlevo v1.0, vpravo v1.1.

Spolu se zavedením této raketové varianty se také rozběhlo seriózní experimentování se záchranou prvního stupně. Nejdříve SpaceX zjišťovalo, jestli stupeň vůbec dokáže přežít návrat atmosférou, následně proběhly pokusy o přistání na vodní hladině a později také na autonomních přistávacích plošinách (ASDS). I když několikrát přistání nevyšlo jen o fous, první úspěchy slavila až následující raketová varianta v1.2.

Falcon 9 v1.1 letěl celkem patnáctkrát a z toho jednou neúspěšně (při misi CRS-7).

Falcon 9 v1.2 / Full Thrust

Falcon 9 v1.1 se ukázal být velice schopným a vyspělým nosičem, a následující varianta v1.2 (nebo také „Full Thrust“ – plný tah) tak budovala na skvělém základu a zavedené změny byly spíše optimalizační a cílem bylo vymáčknout z osvědčené rakety co největší výkon. Hlavními fyzickými změnami bylo zvětšení nádrží na tekutý kyslík v obou stupních a s tím související prodloužení druhého stupně. Ještě významnější změnou však byl přechod na podchlazený tekutý kyslík, což mělo v kombinaci se zvětšenými nádržemi za následek zvýšení výkonu o 33 %. Kyslík se pro použití v běžných raketách chladí na jeho bod varu, tedy -183 °C; ve SpaceX však chtěli do rakety natankovat větší množství kyslíku, čehož lze docílit jeho ještě větším zchlazením, neboť pak má větší hustotu. SpaceX tedy kyslík chladí na – 207 °C, což jim umožňuje načerpat ho do nádrží o 8 % více.

První Falcon 9 ve variantě v1.2 během příprav na misi Orbcomm-2.

Podvarianty Block 4 a Block 5

Během AMA Elona Muska na Redditu v říjnu 2016 jsme se dozvěděli, že existují varianty Falconu 9 s názvy Block 4 a Block 5, které ještě nebyly představeny veřejnosti. Později se z neoficiálních informací zjistilo, že označení Block indikuje poddruhy v rámci jedné varianty. Block 4 by tedy měl být něco jako v1.2.4.

Obecně řečeno, Block 4 je stupínkem na cestě k finální variantě Falconu 9, kterou bude Block 5. Po premiéře Blocku 5 by měl design Falconu 9 už zůstat v podstatě neměnný a vývojový tým SpaceX se místo toho začne soustředit primárně na vývoj nové rakety (BFR).

Start CRS-12, první mise s raketou typu Block 4 (Foto: SpaceX)

Seznam všech změn u variant Block 4 a 5 neexistuje, ale od Gwynne Shotwell víme, že to je nějakých 100 změn. Některé z nich známe, ale mnohdy nevíme, jestli jsou součástí Blocku 4 nebo Blocku 5. Zde je výpis toho nejdůležitějšího:

  • 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. Mohlo by se jednat o zesílení různých částí, které jevily známky vyšší opotřebovanosti, nahrazení nějakého materiálu jiným, který lépe snáší teplotní rozdíly, má delší životnost apod. SpaceX dlouhodobě usiluje o to, aby raketu bylo možné použít znovu třeba už několik desítek hodin po přistání.
  • 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 – Podle neoficiálních zdrojů dokáže vylepšený horní stupeň typu Block 4 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).
  • 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 a měla by být součástí Blocku 4. Block 5 pak podle neoficiálních informací bude disponovat motory s ještě mírně vyšším tahem.
  • 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 nadají snadno použít více než jednou. 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 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.

A kdy se těchto nových variant dočkáme? V první půlce roku 2017 jsme se dozvěděli, že SpaceX začalo postupně nasazovat horní stupeň typu Block 4 na některé mise (např. Inmarsat 5 F-4), což se projevilo rychlejší tankovací sekvencí, jak potvrdil Hans Koenigsmann na předletové konferenci k misi CRS-11. Při misi CRS-12 pak byl poprvé použit první stupeň typu Block 4. Kompletní raketa typu Block 5 by se měla dočkat premiéry během roku 2018. Do provozu však bude podle neoficiálních informací opět nasazován postupně, takže ještě během roku 2017 se možné dočkáme misí, které budou disponovat jak komponenty typu Block 4, tak Block 5.

Falcon Heavy

Falcon Heavy je kapitola sama o sobě. Poprvé jsme o něm slyšeli v roce 2005, premiéru měl mít někdy v roce 2012 a nakonec budeme rádi, když konečně poletí v roce 2017. Více informací o této raketě najdete v samostatném článku Vše o Falconu Heavy.

Počítačově vygenerovaný Falcon Heavy na nové startovní rampě LC39-A.

 

Zajímavosti

  • Raketa Falcon je pojmenována po lodi Millenium Falcon ze Star Wars.
  • Falcon Heavy měl původně využívat tzv. crossfeed, což je technika distribuce paliva napříč raketovými stupni během letu. Výsledkem je o dost vyšší efektivita a nosnost. Jedná se však o technicky náročné řešení, které dosud nikdo v praxi nevyvinul a SpaceX od tohoto záměru nakonec upustilo s tím, že když to bude v budoucnu potřeba, vrátí se k tomu.
  • SpaceX původně plánovalo ještě varianty Falcon 5 a Falcon 1e.
    • Falcon 5 by měl 5 motorů Merlin a byl by mezistupněm mezi Falconem 1 a Falconem 9.
    • Falcon 1e měl být vylepšenou a výkonnější variantou původního Falconu 1, ale nakonec jej nahradil Falcon 9.
  • SpaceX plánovala vyvinout ve spolupráci se společností Stratolaunch Systems raketu „Falcon 9 Air“, což by byla varianta Falconu 9 optimalizovaná pro start ze speciálního letadla. Ze spolupráce nakonec sešlo.



  • Diskuze

    Buďte první komentující!

    Nastavit upozorňování na
    avatar
    wpDiscuz