Bude Falcon 9 první raketou za 50 let, která odstartuje z Floridy na polární orbitu?

Dlouhých padesát let se na polární dráhy z amerického území startovalo pouze ze západního pobřeží. Starty přes obydlené oblasti s sebou totiž přináší řadu problémů a bezpečnostních rizik a v zájmu jejich snížení jsou kosmodromy budované na vhodných místech. Díky snaze amerického letectva podpořit komerční vynášení družic se však před dvěma lety naskytla možnost využít ke startům jižním směrem i kosmodrom na Floridě. Této možnosti se rozhodlo chopit SpaceX a přesunout start mise SAOCOM 1B z Kalifornie na Floridu. Je toto rozhodnutí letectva rozumné, nezvýší se tím ohrožení obyvatelstva? A co to znamená pro SpaceX do budoucna? Opustí firma Vandenbergovu základnu úplně?

Trosky rakety Titan-34D zasypávající okolí Vandenbergovy základny (Zdroj: TitanFan / fórum NASA Spaceflight)

Pokud chcete s raketou startovat do vesmíru, teoreticky si můžete zřídit startovní stanoviště kdekoliv. Pokud víte, kterým směrem budou vaše rakety létat, kde budou odhazovat první stupně či aerodynamický kryt a zajistíte si v dané oblasti bezpečnou dopadovou zónu, je vše v pořádku. Prakticky to tak jednoduché není. Pokud se totiž chcete při startech raket vyhnout mezinárodním incidentům, jako se to podařilo americké armádě, když po chybném nastavení gyroskopů vyslala v roce 1947 raketu Hermes II do Mexika, je lepší budovat kosmodromy tak, aby směrem, kam startují rakety, bylo buď moře, nebo pustina. Ani tak ovšem nemusíte problémům zabránit. V dubnu 1986 explodovala při startu raketa Titan 34D s družicí KH-9 kvůli problémům s postranními urychlovacími bloky na tuhá paliva. Exploze nosiče zasypala celé okolí kosmodromu troskami a toxickým palivem. Hospitalizováno bylo tehdy nejméně 58 lidí v důsledku podráždění očí a kůže. Přesto zůstavají kosmodromy na břehu moře pravděpodobně tou nejbezpečnější alternativou.

Na břehu Atlantského oceánu, na Mysu Canaveral si postavilo svůj kosmodrom i americké letectvo. Jde o základnu Cape Canaveral Air Force Station (CCAFS), která oficiálně vznikla v roce 1949. O kousek výš, na ostrově Merritt, si v roce 1962 postavila svůj kosmodrom i NASA.

Střelecký sektor na Floridě se otevírá východním směrem, rakety startují v azimutu 35 až 120° a vynáší svůj náklad na orbitální dráhy se sklonem mezi 0–57°. Na severu je střelecká oblast limitována americkým pobřežím, hranici na jihu tvoří Bahamské souostroví. Pokud je potřeba vyslat rakety v azimutu od 140° výše, používá se pro tento účel převážně Vandenbergova letecká základna (VAFB) na západním pobřeží USA. Kosmodromy na západním a východním pobřeží se tedy v žádném případě nepřekrývají, naopak, velice vhodně se doplňují a rozšiřují paletu možných orbitálních drah.

Střelecké prostory kosmodromů na Floridě a Vandenbergovy základny v Kalifornii

Vždy tomu ovšem tak nebylo, v dávných 60. letech se na polární dráhy startovalo i z Floridy. Došlo však i k nešťastnému incidentu v listopadu 1960, kdy při startu rakety Thor DM-21 s vojenskou navigační družicí Tristar 3A došlo k selhání. Řízení startu pohotově zareagovalo a aktivovalo dálkovou destrukci rakety. Trosky rakety bohužel dopadly na Kubu, kde zabily krávu jménem Rufina. Fidel Castro následně tento incident nazval krutým útokem a porušením kubánského leteckého prostoru. Americká vláda jako kompenzaci zaplatila Kubě 2 miliony dolarů (17,5 milionů dolarů při přepočtu na ceny v roce 2019) a nejdražší kráva v historii měla státní pohřeb.

Přestože se po tomto incidentu snažilo letectvo startům jižním směrem vyhýbat, vyneslo z Floridy mezi lety 1965-69 úspěšně celkem 5 meteorologických družic na dráhy se sklonem 96–101°. Poté se však po dlouhá léta pro polární starty využívalo jen kosmodromů na západním pobřeží a na Aljašce. Možnost startu z východního pobřeží se začala opět zvažovat po roce 2016, kdy v okolí Vandenbergovy základny vypukly rozsáhlé požáry. Ty poškodily elektrické a komunikační linky a zpozdily komerční starty raket o dva měsíce.

Požáry v okolí Vandenbergovy základny v roce 2016 (Foto: Santa Barbara County Fire Dept.)

Dalším problémem pro VAFB se ukázala vzrůstající aktivita společností jako jako SpaceX či Orbital ATK (nyní Northop Grumman Innovation Systems), které část svých startovních aktivit provádějí na západě, odkud vynášejí náklady na polární dráhy. Také řada amerických společnosti si chce nechávat vynést své družice na polární dráhy pomocí amerických raket. Pokud jim však tuto možnost VAFB nezajistí, přesunou své náklady na zahraniční nosiče. Vandenbergova základna by jim samozřejmě ráda vyšla vstříc, ale hlavní náplní její práce, kterou bude vždy upřednostňovat, jsou testy mezikontinentálních balistických raket a protiraketových střel. VAFB také není vybavena na častější starty do vesmíru – nachází se zde poměrně zastaralé vybavení, kupříkladu radary jsou postaveny na technologii z 50. let. A pokud se týká možnosti oprav či vylepšení, rozpočtové nejasnosti znemožňují naplánovat rozsáhlejší modernizaci. Na východním pobřeží je situace jiná, letectvo tam provádí upgrady, aby v následujících pár letech kosmodrom zvládl odbavit až 48 startů ročně.

Start mise Amos-17 z rampy SLC-40 na Floridě (Foto: SpaceX)

S iniciativou, která by problémy západního pobřeží vyřešila, přišlo 45. kosmické křídlo, tedy jednotka, která zajišťuje starty z východního pobřeží. Pokud by totiž potenciální poškození VAFB na opačném pobřeží bylo vážnější a došlo by k jeho uzavření na rok či dva, podpora americké národní bezpečnosti by zůstala na bedrech floridského křídla. Cílem nové iniciativy bylo najít vhodné řešení pro provádění startů na polární dráhy z východního pobřeží.

Nejprve byly zvažovány starty z Floridy severním směrem, ale zde se nachází ostrov Newfoundland. Vhodnější se ukázal dříve využívaný směr jižní, opět směrem ke Kubě. Přibližnou trajektorii, kterou navrhoval v roce 2017 generál Monteith, v té době velitel 45. kosmického křídla, ukazuje obrázek níže. Po startu raketa zamíří jihovýchodním směrem, vyhne se Miami a potom zatočí směrem na jih. Tento manévr používá i indická kosmická agentura při startu na polární dráhu, kdy je potřeba minout Srí Lanku, v angličtině se nazývá dogleg, podle tvaru psí nohy. Tento manévr je však energeticky náročný, což reálně snížuje nosnou kapacitu rakety. Prozatím však není známo o kolik. Podle generála Monteitha první stupeň dopadne po odhození do oceánu ještě před pobřežím Kuby, druhý stupeň bude při přeletu Kuby už dostatečně vysoko, takže nebude potřeba žádné speciální povolení. Generál Monteith k tomu dodal, že jeho tým to počítal 8 měsíců a on si je si jistý, že letět z Floridy na jih je možné.

Pravděpodobná dráha letu Falconu 9 s družicí SAOCOM 1B (Zdroj: FlightClub.io)

Je zde však jedna podmínka, raketa bude muset být vybavena autonomním destrukčním systémem (AFTS) pro případ, kdyby došlo k anomálii či odchýlení z kursu. Spaliny raketových motorů totiž mohou znemožnit vyslání destrukčního příkazu na dálku. O tomto systému jsme na serveru psali v podrobném článku. Jsou jím v současnosti vybaveny pouze rakety Falcon 9 a Falcon Heavy. Do budoucna jím budou disponovat i rakety New Glenn firmy Blue Origin či Vulcan od ULA.

Články z přelomu let 2017/2018 oznamující možnost startů na jih z Floridy uváděly, že se momentálně žádná taková mise neplánuje, ale od té doby se situace výrazně změnila. Dne 9. října 2019 se na Twitteru objevila krátká zpráva o tom, že SpaceX připravuje přesun startu družice SAOCOM 1B na Floridu, i když byl původně plánován z Vandenbergu. Start by měl proběhnout v únoru 2020. Jak uvádí server Teslarati, není ještě ukončeno veškeré nutné papírování, které bude tento přesun vyžadovat, takže letový koridor směrem na jih není ještě definitivně znovuotevřen. Podle současného velitele 45. kosmického křídla Douglase Schiesse jsou to ovšem záležitosti spíše technického rázu a vyřízení je jen otázka času. SpaceX tedy nejspíš bude tou první vlaštovkou, která po 51leté odmlce opět odstartuje z Floridy k jižnímu pólu. Jaké další důsledky by však mohl mít přesun zatím jen jedné mise ze západního na východní pobřeží?

Start mise SAOCOM 1A (Foto: SpaceX)

Můžeme předpokládat, že SpaceX bude zvažovat o podobné změně v případě dalších misí, které měly startovat z Vandenbergovy základny. Protože však nemáme zatím dostatek spolehlivých údajů o tom, jak se úhybným manévrem sníží nosnost rakety Falcon 9, použijeme jako hodnotící kritérium hmotnost družice SAOCOM 1B, která činí 3000 kg. Je to kritérium dosti konzervativní, reálně bude pravděpodobně ležet výše, ale je zatím jediné, které bezpečně známe. Pojďme se tedy podívat, které starty bude možno přesunout. Do hmotnostního limitu se vejdou družice SARah-1, Sentinel-6A, DART a SWOT. Co se týká vlastních komerčních misí SpaceX na heliosynchronní dráhu, které se nedávno rozhodlo pravidelně nabízet, zde bude asi záležet na celkové hmotnosti nákladu. SpaceX však pravděpodobně Vandenbergovu základnu úplně neopustí. To potvrzuje i prohlášení velitele Douglase Schiesse, podle kterého většina startů SpaceX polárním směrem bude nadále prováděna ze západního pobřeží. Přesto by opuštění Vandenbergovy základny dávalo z hlediska SpaceX smysl, drtivou většinu startů uskutečňuje na východě a pokud by i ty zbývající přesunulo na východ, ušetřilo by tím nemalé peníze.

Nyní lze také ze zpětného pohledu říct, že překvapivý přesun přistávací plošiny Just Read the Instructions (JRTI) na východ najednou začíná dávat smysl. Pokud by se totiž SpaceX rozhodlo, že začne utlumovat své aktivity na Vandenbergově základně, bude tam tato JRTI do budoucna zbytečná. Naopak, SpaceX ji může daleko lépe využít na východě, kde má příští rok dojít k výraznému zvýšení startovní kadence v souvislosti s až 24 starty pro konstelaci Starlink. Plošina JRTI je však momentálně v Morgan City v Louisianě a není zatím jasné, zda ve zdejším doku probíhá její údržba či vylepšování, nebo je naopak přepracována zpět na obyčejný ponton a bude vyřazena ze služby.

Dalším důvodem pro přesun či vyřazení JRTI by mohlo být, že nejtěžší náklady, které SpaceX vynášelo na západě, tvořily družice Iridium. Při nich byly první stupně nuceny přistávat na JRTI. Kampaň vynášení družic Iridium je však u konce a u většiny plánovaných startů na západě bude první stupeň schopen přistání na pevnině. Plošina by tedy jen zbytečně kotvila v přístavu.

Jiří Hadač



Mohlo by se vám líbit...

Odebírat komentáře
Nastavit upozorňování na
guest
23 Komentáře
nejstarší
nejnovější nejlepší
Inline Feedbacks
Zobrazit všechny komentáře
Premek

Jirko, díky! Článek je fakt super 🙂

Tonda

Perfektní článek,je to radost číst!!!

Tom

Díky za skvělý článek! Kam by při polární trajektorii přes Kubu dopadaly dvě části aerodynamického krytu?

Ricardo

Jen tak pro představu kolik zatáčka bude stát paliva:

– vybočení (úhel náběhu) rakety 5.7°
způsobí snížení tahu na 99.5% (arccos(5.7))… takže penalizace 0.5% není nic strašného
– tím se získá tah pro kompenzaci odstředivé síly o hodnotě 10% (sin(5.7)) … celkem velký tah
– plus aerodynamika také něco přispěje až do výšky cca 30km … takže penalta bude ještě o něco nižší

Eremyy

Draha bude delsi, coz povede k vetsim aerodynamickym i gravitacnim ztratam.

Ricardo

Většinu té zakřivené trajektorie bude dělat druhý stupeň, takže to aero bude zanedbatelné.
Ale 0.5% nižší tah bude dost zásadní, když se to prožene čolkovou rovnicí, tak se sníží nosnost o pěkných pár tun, ne že ne.

Ricardo

Což je lepší než jsem si myslel uvážíme-li, že na LEO potřebujeme cca 9 400 m/s.
Teď mi došlo, že ty nové ruské rakety Topol taky umí manévrovat na orbitě, a to jsem si dřív neuvědomoval, jak těžké je dopravit nahoru přebytek paliva na manévrování. Typický příklad jak si člověk zlepšuje technický rozhled když leze na správné weby.

Invc

Beru zpět … skutečně část z toho možná bude muset mít na krku druhý stupeň… kdo by to byl řekl, že florida je tak velká 🙂

Invc

1) Odkud pochází číslo 5,7 stupně?
2) Jak ses vypořádal s tím, že tam jsou 3 vektory – 1 vertikální, 2 horizontální “správný”, 3 horizontální “ztrátový”? Jak ses vypořádal s tím, že zvláště v počátku letu sežere většinu tahu vertikální vektor (a zejména gravitace) – a tedy na horizontální zbývá toho tahu poměrně málo? (a tedy to zrychlení – a přesun stranou je tedy poměrně “drahý”?) – což prodlužuje čas…
3) Kde máš v té úvaze nějaký čas? Protože spotřeba paliva … je funkcí času?
4) Kde máš v té úvaze toho zatraceného Ciolkovskije?

Ricardo

Kdybys to rovnou spočítal, tak by sis ušetřil spoustu keců a neotravoval bys tady lidem náladu. Kdo ty tvoje manýry učitelky ze základní školy má furt číst? Prober se proboha.

Invc

1) Spočítat se to sice dá, ale je s tím poměrně hodně práce, a chybí k tomu některá data (mimo jiné proto mě zajímalo, kdes sebral ten úhel). Což je důvod, proč sem to rovnou nespočítal – a pokud k tomu nenajdu rozumná vstupní data, tak ani počítat nebudu.

2) Samozřejmě chápu, že tě otravuje – když poukázuji na na první pohled zjevné chyby v tvém “výpočtu”…. ale bohužel na tohle zrovna jednoduchá goniometrická funkce nestačí.

Invc

1) Ok.. příště vynechám zatracený … a nechám jen Ciolkovského.

2) Úhel možného naklonění merlinu, který odkazuješ … je v této souvislosti úplně, ale skutečně úplně jedno (tam jde o celkové vektory pohybu, jak toho raketa dosahuje – je zcela jedno).

3) Pokud jde o “nějaký” úhel. Aby ses dostal na polární dráhu – potřebuješ letět zhruba v azimutu 190 (0 je sever, 180 jih) – nemůžeš letět přímo na jih, protože potřebuješ vykompenzovat otáčení Země. V tomto azimutu tedy potřebuješ zrychlovat. Jenže se musíš vyhnout pevnině Floridy. Když se koukneš na mapu – tak musíš startovat na východ (budou se snažit co nejméně na východ, abys musel měnit směr co nejméně) ale prakticky se nemáš šanci vejít do azimutu menšího než cca 170… – pak v tomto azimutu nějakou dobu letět, a pak změnit směr o těch cca 20 stupňů (na oběžné dráze bys tomu řekl změna inklinace)…. Takže pokud tě zajímá nějaký úhel – pak je to tento úhel. Zjevně je to jiný úhel než 5,7 stupňů – proto mě zajímalo, kde se ten úhel vzal…

Jinak ten úhel je jen jedna z veličin, které potřebuješ znát, abys z toho dokázal něco smysluplného spočítat (pak potřebuješ znát přinejmenším čas od startu – do skončení toho manévru). A z toho s určitým zanedbáním můžeš zjistit výslednou rychlost na konci manévru v tom “správném” azimutu (A tady je právě ta druhá poznámka z toho mého, že kolmá složka vektoru rychlosti je využitelná, horizontální pouze částečně … a proto mě zajímalo, kde to v té prvotní úvaze je…). … a pak teprve zjistíš, o co si vlastně přišel v rychlosti…

Jak to spočítat správně je na delší vysvětlování…

Ricardo

Dotaz se dá napsat i slušně. Problém je, že INVC píše dotaz za účelem dehonestace ostatních lidí a zviditelnění sebe sama (ego). On píše za účelem destrukce (proto i přes znalosti neprovádí výpočet a pouze poukazuje na chyby ostatních, čímž dokazuje svou domnělou nadřazenost). Kdyby to konstruktivně výpočtem uvedl na správnou míru, tak by bylo hotovo rychle a on by přišel o to neustálé upozorňování ostatních že to mají špatně. Navíc by se mohlo ukázat, že tu dráhu a potřebný úhel náběhu ani spočítat neumí.

Teď k tomu úhlu. Jsem praktik, takže vezmu kalkulačku a hodím tam odhad co udělá obětuji-li půl procenta tahu, takže arcCos(0.995)=5.7°…. pak se podívám na úhloměr a vidím, že cca 20° je strašně moc a při maxQ by ta aerodynamika tu raketu roztrhala. Z různých videí ztráty kontroly řízení ve velké rychlosti je evidentní že té papírové raketě stačí k destrukci opravdu malý úhel.

Navíc pokud chtějí změnit směr o 20° , tak kvůli tomu přece nemusí mít úhel náběhu 20°. Záleží hlavně na čase za který se daný manévr má uskutečnit. Pokud na to mají minuty tak ten úhel náběhu může být daleko menší než těch 5.7°, které jsem střelil od boku. Jak na dálnici v autě ve 130km/h taky můžu změnit směr o 90° když na to mám zatáčku o délce 10km. A nemusím házet vingl přes ručku jak Ari Vatanen. Navíc vezme-li že raketa startuje kolmo 90° a za 180s letu při separaci prvního stupně leží v úhlu cca 20°, tak je jasné že raketa provedla manévr o 70°, což je nepoměrně víc než těch 20°, které budou tvořeny z velké části i druhým stupněm. Takže ten manévr bude okem sotva postřehnutelný a ten úhel bude opravdu velmi malý.

comment image

Invc

Promiň, ale fakt nečekej, že když “spočítáš” že (když použiju taky automobilové přirovnáni) při natočení kol o 5,7 stupně, máš o 0,5% menší výkon motoru a dovodíš z toho, že to není se spotřebou tak špatné, že ti někdo k vyvracení bude počítat rozdíl ve spotřebě mezi trasou praha-hradec-ostrava a praha-brno-ostrava (po okreskách).

Upozornil sem, co všechno v tom tvém “výpočtu” (navíc založeném na “sem praktik” čísle) chybí… a dál spoléhám na to, že lidi tady mají alespoň trochu ponětí o fyzice.

(mimochodem – ten poslední příspěvek je také nesmysl, protože směšuješ naprosto nesouvisející věci a ten graf to nespraví – ale hlavně je špatně i ta podkladová úvaha. Když už jsme u toho grafu nevadí ti třeba, že se jedná o změnu úhlu v kolmé ploše, do které nevyhnutelně vstupuje gravitace?).

Bohužel vysvětlit, co všechno je tam fyzikálně špatně, by zabralo enormní dobu. Protože špatně je tam prakticky vše. Stejně tak by zabralo enormní dobu dohledávat a přepočítávat údaje, abych to mohl spočítat správně.

Hodně zjednodušeně – můžeš vzít start na polární dráhu z vanderbergu a sledovat horizontální vzdálenost od místa startu. Až bude horizontální vzdálenost dost velká, aby odpovídala vzdálenosti potřebné na uhnutí floridě, pak si zaznamenáš čas a HORIZONTÁLNÍ rychlost přimého letu.

Pak vezmeš tu rychlost a proženeš ji změnou azimutu z floridského úhybného směru na správný směr (což tentokrát je jednoduchá goniometrická funkce) a dostaneš HORIZONTÁLNÍ rychlost v tom správném směru ale po výhybce. A budeš vědět – co tě odbočka stála v rychlosti – což je v podstatě rozdílové delta V pro propočtení raketové rovnice (s malou komplikací, že je tam někde staging) – můžeš si to zjednodušit, jako “nový start” z tohoto stavu.

Přidat k tomu budeš muset ještě nějakou gravitační ztrátu navíc (delší čas v nižší rychlosti). Náklady na zahnutí (to je to co v podstatě počítáš ty) budou marginální položkou (ale můžeš je tam klidně taky přidat, ale v podstatě ti stačí jen aplikovat tah ve směru správného zrychlení a on se ten nežádoucí pohyb stranou časem zastaví sám (odpor vzduchu, ve skutečnosti je to 3D takže ti pomůže i gravitace atd…) ale samozřejmě to započíst můžeš (pokud dopočítáš čas).

tonda

Hezký článek!Díky!Ještě jeden dotaz.Udávali,že je ve stavbě ještě další,třetí přistávací plošina,víte o ní něco dalšího?A ještějedno upozornění,jsme tu totiž dva Tondové,jeden z velkým(!)T a jeden s malým t,aby se to nepletlo!

Ketivab

Celá ta spekulace, že plošinu již brzy uvidíme, je v článku založena jen na tom, že Elon vydal tento tweet říkající pouze “A Shortfall of Gravitas”, takže ten je článek v podstatě úplně o ničem a jde čistě o spekulaci. Ale trošku by to smysl dávat mohlo, že třeba došlo k nějakému pokroku a to Elona podnítilo k tomu aby jen tak na Twitter napsal jméno té plošiny.

Petr Melechin

Ví se toho málo, ale SpaceX plošinu stále připravuje. Bude se jmenovat A Shortfall of Gravitas, bude autonomní, a měla by sloužit na východním pobřeží. Cokoli dalšího jsou spekulace.