Blíží se druhá fáze programu zásobování ISS, kde bude SpaceX používat upravený Crew Dragon

NASA na začátku minulé dekády finančně podpořila vývoj nových amerických nosičů a kosmických lodí soukromých firem, od kterých si pak objednávala službu zásobování ISS. Tento program se nazývá Commercial Resupply Services a byl velmi úspěšný. NASA na něj tedy navazuje druhou fází, ve které budou zásobování vesmírné stanice zajišťovat rovnou tři firmy. Každá využívá jinou loď s odlišnými vlastnostmi a účtuje si jiné částky. Stejně tak má NASA tentokrát trochu jiné požadavky, a tak se celý program v mnoha ohledech liší od svého předchůdce. Pro SpaceX je hlavní změnou využití jiné lodi. Místo současného Dragonu bude používat upravenou verzi modernější lodi Crew Dragon. Čím se bude loď lišit a co to znamená pro zásobování ISS?

Historie programů NASA

Zásobovací Dragon na ISS během mise CRS-6 (Foto: NASA)

V dopravě zásob na mezinárodní vesmírnou stanici ISS se z americké strany řada věcí v průběhu let změnila. Od roku 2011 už nelétají raketoplány, a tak se dovoz zásob přesunul na bedra soukromých firem. Kromě dnes již zavedených SpaceX s lodí Dragon a Northop Grumman Innovation Systems (bývalá Orbital ATK) s lodí Cygnus začne po roce 2020 z americké strany létat k ISS společnost nová. Její jméno je Sierra Nevada Corporation (SNC) a pro zásobování bude využívat svůj miniraketoplán Dream Chaser.

Hlavním zdrojem dnešního článku je zpráva kanceláře generálního inspektora NASA (OIG) z letošního dubna. Nepůjde samozřejmě o překlad zprávy (55 stran), spíše se článek bude snažit ukázat různé zajímavosti, či podrobnosti, které nejsou všeobecně známé.

Na samotném začátku se zkusíme podívat na finanční stránku celé akce, kterou NASA v roce 2005 rozpoutala zahájením programu COTS. Ten znamenal vývoj nových nosičů a lodí, které v dalším kroku měly zásobovat ISS. Ještě před jeho dokončením pak NASA přistoupila i k udílení kontraktů v navazujícím programu CRS1 (Commercial Resupply Services). Ten měl na několik let, teď už víme, že až do roku 2020, zajistit zásobování mezinárodní vesmirné stanice ISS. Protože NASA byla s průběhem programů COTS a CRS1 spokojená, rozhodla se přijít v září 2011 i s programem Commercial Crew Development, který měl zajistit dopravu astronautů na ISS prostřednictvím soukromých kosmických lodí. O ten nám v dnešním článku ale nejde a je zmíněn čistě pro úplnost. A posledním vyhlášeným programem NASA je druhá fáze programu CRS, který budeme značit CRS2. Program byl vyhlášen v roce 2014 a bude odstartován ihned po skončení současného CRS1.

Tip: Pro další informace těchto programech, ve kterých NASA spolupracuje se soukromým sektorem, si přečtěte starší článek o zásobování ISS.

Finanční rozdíly mezi programy

Od prvního okamžiku, kdy NASA tyto programy zahájila, rozdělila různým společnostem celkem 17,8 miliard dolarů. Je velice zajímavé, že 43 % této částky bylo ve prospěch SpaceX. Toto veliké množství je způsobeno tím, že se SpaceX jako jediná účastnila a účastní všech 4 vyhlášených programů. V rámci toho nejnovějšího, CRS2, bylo přitom do prosince 2017 rozděleno celkem 2,6 miliardy dolarů. Program CRS2 má celkový rozpočet 14 miliard dolarů, doposud bylo tedy uděleno přibližně jen 19 % z celkové částky. V další části článku si ale ukážeme, že pro SpaceX nebude tak úplně jednoduché získat další podíl.

Tolik tedy obecně ke všem rozděleným financím od NASA. Podívejme se teď pouze na srovnání programů CRS1 a CRS2. V rámci CRS2 klesne oproti CRS1 počet zásobovacích misí, zároveň poklesne i množství vyneseného nákladu. Inspektorům se ale nelíbilo, že naroste cena. Přesné údaje je možno dohledat v tabulce, ale zjednodušeně je možno říct, že ceny za vynesený kilogram nákladu narostou o 14 %. Můžeme zde obrátit jedno české přísloví: „Za hodně peněz, málo muziky.”

Srovnání programů CRS1 a CRS2 (Zdroj: NASA OIG)

Ve zprávě OIG jsou uvedeny tři příčiny tohoto zdražení:

  • Nárůst cen SpaceX o 50 %
  • Výběr 3 dodavatelů pro CRS2
  • Náklady 700 milionů dolarů na integraci

Co se týká cen SpaceX, společnost je vysvětluje tak, že je to z důvodu úprav interiéru Dragonu, aby mohl nést náklad navíc (nárůst použitelného objemu o 30 %). Dále pak delší trvání misí, zrychlené nakládání a vykládání nákladu (včetně rychlejšího přístupu k nákladu po jeho návratu na Zemi). Do nárůstu cen se podepsala také nutnost pojištění misí, které je zmíněno v jednom z dalších odstavců. Není bez zajímavosti, že SpaceX pro CRS2 nabídla NASA používání Dragonu 1, ale NASA si vybrala Dragon 2 z důvodu nižších nákladů na integraci. Cenová nabídka společností SNC a SpaceX byla srovnatelná a nejnižší cenovou nabídku předložila společnost Orbital ATK. Pokud někdo z čtenářů nefandí SpaceX, je tu zmínka o tom, že ceny společnosti Orbital ATK proti CRS1 naopak klesly o 15 %.

Zpráva OIG se věnuje nejen nárůstu ceny, ale zmiňuje i možnosti, které by mohly agentuře nemalý obolus ušetřit. Oba programy, CRS1 i 2, požadují od NASA, aby nechala jednotlivé kontraktory soutěžit o jednotlivé mise, pakliže ovšem nepoužije jedné ze čtyř přesně stanovených výjimek. Je velmi zajímavé, že v průběhu dosavadních 31 misí v rámci CRS1 i 8 misí pro CRS2 (informace z konce roku 2017) možnost soutěžení o kontrakty NASA nikdy nevyužila. Použila buď výjimku o tom, že je nezbytné zaplatit už předem nasmlouvané mise v rámci CRS, nebo že je nutné použít unikátních schopností kosmické lodi jednoho z kontraktorů. Další málo známou možností je také ta, že NASA může kdykoliv celý program CRS2 znovu otevřít a nechat soutěžit další nové zájemce, samozřejmě s tím, že ty již udělené mise proběhnou.

Zastavme se ještě naposledy u finančních rozdílů mezi programy CRS1 a 2. Do finančních záležitostí totiž patří i pojištění. Velmi překvapivé pro mě proto bylo, že v rámci CRS1 nemusel a také nebyl náklad dopravních lodí pojištěný. Proto když došlo k anomálii raket při letech OA-3 a CRS-7, mohla NASA nezaplatit maximálně 20 % celkové ceny za zásobovací misi. V případě Cygnusu přišla NASA a vlastně tedy ISS o náklad v hodnotě 50 milionů dolarů, v případě Dragonu už šlo o 110 milionů dolarů a je v tom započítána i ztráta jednoho z posledních exemplářů skafandru EMU pro výstup do volného prostoru či adaptéru IDA-1. Sami si tady jistě řeknete, že v takové situaci opravdu zadržení 20 % plateb nic nevyřeší. Pro druhé kolo zásobovacích letů si proto NASA stanovila, že si poskytovatel startu musí zajistit pojištění u třetí strany až do výše 100 milionů dolarů. A to s dodatkem, že federální majetek je nutno chránit. Teď už ale definitivně opusťme peněžní oblast, i když to byla nejdůležitější část celé zprávy a prakticky se kolem ní téměř vše točilo.

Rozdíly v dokování

Loď Dragon před zachycením paží Canadarm2 (Foto: Thomas Pesquet)

Při misích programu CRS1 jsou nákladní lodi Cygnus a Dragon zachyceny staniční robotickou paží, která lodi potom připojila k dokovacímu portu CBM (Common Berthing Mechanism) stanice ISS. Zachycení zásobovací lodi vždy musela provést posádka ISS, které to samozřejmě bralo čas, který by jinak mohla věnovat výzkumu.

Pro lodě Cygnus nenastane žádná změna ani v rámci CRS2, pořád je bude zachytávat a připojovat staniční paže. Dream Chaser na tom bude ze začátku stejně, až teprve později možná přejde na režim automatického dokování. Nákladní verze Dragonu 2 se oproti tomu bude připojovat automaticky k modulu Harmony přes IDA-2 či 3 (International Docking Adapter). Proč je tato informace důležitá? Protože dokování přes IDA způsobí, že bude možno převážet méně rozměrný náklad než dříve. Přičinou je menší průměr dokovacího portu. A co se myslí pod pojmem rozměrný náklad? Jsou tím míněny například kompletní skafandry pro výstup do volného prostoru nebo velké vaky se zásobami.

Menší velikost spojovacího průlezu je vidět i z obrázku. Vyobrazený adaptér PMA redukuje dokovací port CBM (spodní část PMA) na velikost APAS-95, na kterou se dříve připojovaly raketoplány (horní část). Adaptér IDA bude posléze instalován na jeho horním konci. Redukce průměru je naprosto zřetelně vidět. SpaceX nabízelo NASA také možnost, že by zůstal zachován původní dokovací systém, jenže agentura se rozhodla si tuto možnost nezaplatit. U Dream Chaseru je rozhodnutí zatím pozastaveno.

Hermetický propojovací tunel PMA-3 (Foto: NASA)

Porovnání jednotlivých lodí

Zpráva inspektora také uvádí, že pro CRS2 bude nutno lépe zužitkovat kapacitu nákladních lodí. O co v tomto případě jde? V rámci CRS1 vynášely zásobovací lodi Cygnus průměrně 2 723 kg a Dragony 1 569 kg hermetizovaného nákladu. NASA tak potřebovala častější starty k ISS, aby udržovala zásoby na ISS v potřebné výši. Nedostatečné využití nákladních kapacit se týká především Dragonu. Ten se totiž k plné kapacitě zatím přiblížil nejvíc při misi CRS-8, kdy na ISS dovezl 3 136 kg nákladu z maximální kapacity 3 310 kg (ten může být u Dragonu 1 rozdělen v libovolném poměru mezi hermetizovanou i nehermetizovanou část). Pokud vezmeme do úvahy všechny již uskutečné zásobovací lety SpaceX, průměrně byla kapacita Dragonu využita ze 66 %.

Pro CRS2 se proto NASA rozhodla změnit podmínky a bude požadovat vynesení 2 500 až 5 000 kg při jedné misi. Průměrně se počítá s 3 754 kg vyneseného hermetizovaného nákladu při jedné misi, což znamená dvojnásobek množství dovezeného v rámci CRS1. Výsledkem těchto podmínek by mělo být snížení počtu zásobovacích misí za rok, z čehož pramení ona úspora drahocenného času posádek ISS.

Do druhého programu CRS se parametry zásobovací lodi Dragon 2 budou ale měnit. Sníží se jak maximální hermetizovaná kapacita lodi na 2 507 kg, tak celková kapacita trunku, a to na 800 kg. Tyto změny vychází z požadavku NASA o hustotě nákladu, kdy jedna tuna nákladu má mít k dispozici prostor 3,44 metrů krychlových. Dragon 2 tedy bude schopen vynést maximálně 3 307 kg nákladu, ale reálně to pravděpodobně bude téměř vždy méně. Ano, čtete dobře, Dragon v nákladní verzi nedoveze na ISS ani průměrné množství plánovaného hermetizovaného nákladu pro mise CRS2 (3 754 kg).

Dopravní kapacity lodí, které budou využívány v rámci CRS2 (Zdroj: NASA OIG)

Pokud se podíváme na kapacitu všech tří nákladních lodí programu CRS2, zjistíme, že Dragon je na tom z hlediska nosnosti nejhůř. A to jak v případě celkové nosnosti, tak v nosnosti hermetizovaného nákladu. I toto je důvod, proč SpaceX nemá zrovna usnadněnou cestu k dalším penězům od NASA. Jeho jediná výhoda bude v tom, že dokáže vrátit na Zemi největší množství nákladu ze všech tří lodí.

Co ale naopak může hrát SpaceX do karet, je fakt, že všechny starty zásobovacích lodí se uskuteční naostro. Toto je totiž největší risk hlavně pro společnost Sierra Nevada Corporation s jejich lodí Dream Chaser, která se rozhodla nepodniknout žádný zkušební start. Zároveň také plánuje postavit jen jediný exemplář svého miniraketoplánu. Dream Chaser bude nejdříve létat na raketě Atlas V, ale časem může dojít k použití jiných raket, například Ariane 5 nebo Falconu Heavy (jedná se o informaci z roku 2016, takže je možné, že dnes by postačil Falcon 9 Block 5).

Nejméně se bude měnit zásobovací loď Cygnus, která se oproti součásné verzi jen mírně zvětší. V její neprospěch hovoří ale to, že raketa Antares 230 je relativně nová, létá sice už třetím rokem, ale absolvovala pouze 3 starty. Také je tu hrozba možných sankcí ze strany amerického kongresu na ruské motory RD-181, které raketa používá. Společnost má totiž až do roku 2020 výjimku z federálních zákonů zakazujících platbu Ruské kosmické agentuře a s ní souvisejících společností. Pokud tato výjimka nebude prodloužena, nebude moci společnost Orbital ATK používat po roce 2020 raketu Antares 230. Orbital ATK tomu chce ale předejít nákupem dostatečného počtu motorů v předstihu, aby mohla splnit své závazky na 4 zásobovací mise.

SpaceX oproti tomu svou raketu Falcon 9 používá velmi často, i když ji dlouhou dobu neustále vylepšovala, což bylo předmětem námitek ze strany NASA. Společnost SpaceX jako jediná také dostane příležitost design lodi Dragon 2 vyzkoušet v rámci misí DM-1 a DM-2, i když ve verzi pro dopravu posádky. Když už mluvíme o SpaceX, je dobré zmínit, že stejně jako CRS1 obsahuje i CRS2 podmínku, že všechny mise pro NASA poletí na nově vyrobených prvních stupních Falconu 9. V případě, že by se rozhodla NASA použít již letěné stupně, obdrží menší slevu. NASA si také vyhradila právo u ostatních dvou kontraktorů znovu otevřít otázku ceny za start, pokud by chtěli použít levnější raketu.

Kontrakt CRS2 také nově požaduje, aby společnosti uměly poskytnout možnost pozdního naložení nákladu (tzv. časově citlivého nákladu) nejpozději 24 hodin před plánovaným startem. A pokud dojde k odkladu, musí společnost umět tento náklad rychle zpřístupnit, odstranit či vyměnit. Původní program CRS1 požadoval tuto službu v rozmezí 24 až 48 hodin. Také u nákladu, který lodě dopraví zpět na Zem, je nutné zajistit dostupnost 3 až 6 hodin od přistání. V předchozím programu musel být dostupný do 48 hodin.

Rozdíly mezi Cargo a Crew Dragonem

Na samotný závěr jsem si schoval nákladní verzi lodi Dragon 2. Jak se vlastně bude lišit nový nákladní Dragon od varianty Crew Dragon, která vynese americké astronauty do vesmíru? Na tuto otázku odpovídá následující obrázek.

Seznam úprav, které bude muset podstoupit Crew Dragon při své přeměně na zásobovací loď (Zdroj: NASA OIG)

Tyto systémy zůstanou beze změny:

  • Komunikační systémy
  • Systémy návádění, navigace a řízení
  • Tvar lodi
  • Pohon lodi – Dragon tedy bude vybaven únikovými motory SuperDraco a jako jediný bude schopen zachránit náklad v případě selhání rakety

Motory SuperDraco lodi Dragon umožní uniknout před selhávající raketou (Foto: SpaceX)

Tyto systémy budou modifikovány:

  • Odstranění části avioniky
  • Napájení elektrickou energií, aby mohla část nákladu zůstat pod napětím
  • Termální kontrola, aby se uvolnil prostor pro náklad
  • Podpora životních funkcí – nebude nutno ji odstraňovat celou, část zůstane opět k dispozici pro náklad
  • Hermetizovaná část lodi bude upravena pro dopravu nákladu (např. odstraněním displejů a křesel)
  • Design trunku
  • Software

Velmi jsem stál při přípravě tohoto článku o to, abych vám ony rozdíly mohl ukázat na obrázku. Přeci jen se říká, že jeden obrázek vydá za tisíc slov. A schematické znázornění těchto rozdílů by situaci vysvětlilo nejlépe. Nepořadilo se mi ale přes veškerou snahu najít takový názorný obrázek pro Dragon 2. Nezbývá nám tedy nic jiného, než se vrátit v čase a nabídnout toto srovnání na obrázcích Dragonu 1. Nyní zkuste sami porovnat nákladní a pasažérské varianty lodi.

Pár slov závěrem

Pokusil jsem se pro vás shrnout celou 55stránkovou zprávu NASA do pouhých několika stránek. Snažil jsem se přitom zachovat objektivní pohled generálního inspektora, který v této zprávě nemilosrdně tepal jak všechny tři kontraktory, tak samotnou NASA. A stejně jako inspektoři se i já domnívám, že CRS2 je krok správným směrem i přes výraznější zatížení rozpočtu NASA a přes různé dílčí chyby, kterých se NASA dopustila v obou programech CRS.

Zpráva obsahovala také řadu dalších zajímavosti, pro které ale v článku samotném nebylo místo. Jednou z nich je vývoj ceny rakety Atlas společnosti ULA, za kterou je nabízena NASA. Inspektoři poukazují na skutečnost, že pro tyto ceny byl zlomový rok 2013, kdy SpaceX certifikovala svou raketu Falcon 9 pro NASA. Od té doby totiž cena základní verze Atlasu V 401 klesla o 20 milionů dolarů (příloha C zprávy). Náhoda?

Co se týče harmonogramu, program CRS1 pro SpaceX skončí misí CRS-20, která je momentálně plánována na leden 2020. Následovat bude první mise nového programu CRS2, která by mohla proběhnout v srpnu 2020.




  • Mohlo by se vám líbit...

    13
    Diskuze

    avatar
      Odebírat  
    nejnovější nejstarší nejlepší
    Nastavit upozorňování na
    tonda
    Host
    tonda

    Dream Chaser bude nejdříve létat na raketě Falcon 9, ale časem může dojít k použití jiných raket, například Ariane 5 nebo Falconu Heavy (jedná se o informaci z roku 2016, takže je možné, že dnes by postačil Falcon 9 Block 5) To jako vážně,nebo je to chyba?

    Roman Wiesner
    Host
    Roman Wiesner

    Díky za skvělý článek 😉 Jen jeden dotaz- není ten obrázek u porovnání cargo a crew Dragonu-myšleno ten vpravo obrázek Dragon Labu? Viz článek zde na webu: https://www.elonx.cz/zrusene-projekty-spacex-2-dragonlab-a-red-dragon/

    Ivo Janáček
    Host
    Ivo Janáček

    Tak mám z toho článku pocit, že základní financování BFS+BFR je vlastně zajištěno. Pokud počítám, že se SpaceX domluví na používání použitých prvních stupňů a k tomu bude cargo verze dělat z crew verze, tak z dané částky ji zůstane poměrně solidní balík, který může vrazit do vývoje a to je vlastně dobře. 😉

    Jinak jako obvykle perfektní článek a jedna drobná chybička: “nemalý obolus ušetřit” (pokud tedy skutečně nebyla myšlena starověká mince).

    Petr Melechin
    Admin

    A kde je chyba? Podle Wikipedie lze použít obolus i obolos. Nebo narážíš na něco jiného?

    Zdeněk
    Host
    Zdeněk

    Tak tohle byl tedy obsáhlý článek. Díky pánové.

    Petr Melechin
    Admin

    Všechnu chválu za tenhle skvělý článek zaslouží Jirka Hadač. Já jen dodal odkaz na tu zprávu OIG a pak jsem mu výsledný text akorát trochu učesal a přidal pár obrázků.