Obří raketa BFR nahradí Falcony a umožní cesty na Měsíc i Mars
Porovnání celkových rozměrů původního ITS (vpravo) a nového BFR (vlevo). Autor: /u/dtrford
Šéf SpaceX Elon Musk přesně 9 let od prvního úspěšného startu této společnosti představil novou raketu BFR, která možná už za pár let nahradí stávající rakety Falcon a loď Dragon. Díky kompletní znovupoužitelnosti BFR umožní levnou dopravu nákladu i lidí na oběžnou dráhu Země a také na Měsíc či Mars. Novou raketu bude navíc teoreticky možné využít jako extrémně rychlý přepravní systém pro Zemi. Podívejme se na to, co všechno Musk o nové raketě prozradil a co to znamená pro budoucnoust SpaceX.
Poznámka: Označení BFR a ITS jsou v podstatě zaměnitelná, ale abych zabránil zmatkům, v tomto článku a také všude na webu budu tyto dvě zkratky rozlišovat. ITS zde bude označovat velkou marsovskou raketu představenou v roce 2016 a BFR bude vždy používáno pouze v souvislosti se zmenšenou raketou představenou v roce 2017.
Co je BFR
Raketa má kódové označení BFR (Big Falcon Rocket / Big Fucking Rocket) a vychází z konceptu Interplanetary Transport System (ITS), který Musk představil loni na konferenci International Astronautical Congress v Mexiku. BFR bylo představeno přesně rok poté na stejné konferenci, která se tentokrát konala v australském Adelaide. Loni představená vize kolonizace Marsu pomocí ITS byla vskutku megalomanská a líbivá, ale zároveň také drahá a těžko realizovatelná. Musk navíc neměl pořádný plán na zafinancování takového megaprojektu. Letos tedy šéf SpaceX přišel se střízlivější vizí, která je v mnoha ohledech rozmáchlejší než ta původní, ale přesto by měla být její realizace o dost snazší a levnější.
BFR je zcela znovupoužitelná dvoustupňová raketa skládající se z nosiče, který disponuje 31 motory Raptor, a kosmické lodi s 6 motory. Raketa je schopna vynést až 150 tun na nízkou oběžnou dráhu Země, přičemž nosič po odpojení přistane zpět na Zemi podobně jako první stupeň Falconu 9. Hlavním rozdílem je však to, že nosič BFR má být schopen tak přesného přistání, že nebude potřebovat přistávací nohy, neboť bude přistávat přímo zpátky na startovní plošině, aby jej bylo možné velice rychle zkontrolovat, natankovat a použít na další start. SpaceX má momentálně za sebou 12 úspěšných přistání Falconu 9 v řadě a dosahuje stále větší přesnosti, takže precizní přistání bez nohou není až tak nereálné, jak by se mohlo na první pohled zdát.
Vynesená loď mezitím může na orbitě buď vypustit náklad a přistát zpět na Zemi, nebo tu počkat na přílet dalších lodí, které jí doplní palivo a kyslík, a následně se vydat k Měsíci či Marsu. Takto levná meziplanetární doprava nákladu i lidí by mohla konečně umožnit budování cenově dostupných permanentních základen.
Kompletní raketa BFR
Hlavní změnou oproti monstróznímu ITS jsou menší rozměry. Místo původně plánovaných 12 metrů má BFR průměr “jen” 9 metrů – pořád však jde o obří raketu (Falcon 9 má průměr 3,7 metrů). BFR na výšku měří 106 metrů a celková hmotnost i s palivem má být 4400 tun. Kosmická loď pojme až 825 metrů krychlových nákladu, což je větší prostor než třeba v letounu Airbus A380. Loď může kromě paliva nebo jiného nákladu vézt také až 100 lidí. Pro lety s posádkou loď disponuje 40 kajutami pro 2–3 osoby, dále společnými prostorami, kuchyní, skladem a také krytem, kde se může posádka schovat při slunečních bouřích. Kajuty podle Muska dokážou teoreticky pojmout i dvakrát tolik lidí, ale nejspíš by to pak nebyl moc pohodlný let.
Další novinkou oproti ITS je malé delta křídlo, jehož přidání bylo nutné kvůli zajištění dostatečné ovladatelnosti s rozličnými druhy nákladu a ve všech prostředích, ve kterých má být BFR provozováno – od řídké atmosféry Měsíce a Marsu až po hustou atmosféru Země. Loď také disponuje vějířovitými solárními panely, které jsme mohli vidět už na loňském ITS.
Kompozitová nádrž pro ITS (Foto: SpaceX)
BFR používá podobně jako Falcon 9 podchlazené pohonné hmoty, díky čemuž jich prý raketa pojme o 10–12 % více. Metan a kyslík budou umístěny v nádržích z uhlíkového kompozitu. Na loňské přednášce Elon všechny zaskočil, když oznámil, že SpaceX už nějakou dobu potají pracovalo na obří kompozitové nádrži pro ITS o objemu 1000 metrů krychlových. Nedlouho poté společnost začala s jejím testováním na moři. Letos v únoru však došlo k protržení této experimentální nádrže při jednom z testů. SpaceX se k tomu tehdy nijak nevyjádřilo. Elon však na přednášce o BFR naštěstí vysvětlil, co se vlastně s nádrží stalo, a podělil se o krátké video jejího skonu.
Nádrž úspěšně vydržela tlak, pro který byla navržena, načež jsme zkusili o něco vyšší tlak. (smích) Pochopitelně se pak protrhla, ale aspoň jsme zjistili její limit. Vyletěla asi 90 metrů do vzduchu a spadla do moře, načež jsme ji vylovili. Teď máme dobrou představu o tom, co vyžaduje výroba velké kompozitové nádrže pro kapalný kyslík. To je extrémně důležité, pokud chcete mít co nejlehčí loď.
Zničená nádrž po testu na moři (Foto: /u/Death_Cog_Unit)
Rampa
Proslýchá se, že nově budovaná rampa v jižním Texasu by mohla být už od začátku primárně určena pro BFR, což by dávalo smysl. SpaceX má už teď 3 rampy pro Falcony, takže další nutně nepotřebuje, obzvlášť když má BFR rakety Falcon 9 a Falcon Heavy stejně brzy nahradit. Podle webu NASA Spaceflight by BFR také mohlo relativně snadno startovat z rampy LC-39A, přičemž by mohla být zároveň zachována kompatibilita s Falcony. To by se určitě hodilo během prvních pár let, kdy budou obě třídy raket provozovány souběžně. LC-39A také nahrává skutečnost, že v loňském videu o ITS raketa startovala právě z této rampy.
Raptor
Původní ITS mělo využívat Raptor o tahu 3 MN – 42 motorů na nosiči a 9 motorů na lodi. Nové BFR bude mít “jen” 31 atmosférických Raptorů na nosiči a dalších 6 na lodi (2 atmosférické uprostřed + 4 optimalizované pro vakuum okolo). Tah jednoho atmosférického motoru na hladině moře bude činit 1,7 MN (místo původně plánovaných 3 MN) a vakuová varianta bude mít tah 1,9 MN. Motor je navíc schopen obdivuhodné regulace tahu – tah lze snížit až na 20 % maxima.
Uspořádání a parametry motorů Raptor na lodi BFR
Raptor je moderní raketový motor s uzavřeným cyklem spalující metan. Podle Elona Muska bude finální Raptor pravděpodobně motorem s největším poměrem tahu a váhy, čímž překoná současného držitele tohoto rekordu – motor Merlin 1D, který SpaceX v současnosti používá na raketách Falcon 9 a Falcon Heavy. Motor je pro každou novou raketu z hlediska vývoje tím nejdůležitějším a nejobtížnějším komponentem, a tak vás jistě zajímá, jak probíhá jeho testování.
Test motoru Raptor v září 2016 v McGregoru (Foto: SpaceX)
SpaceX přesně před rokem provedlo první zážeh zmenšeného testovacího Raptoru (tah 1 MN) a dnes jsme se dozvěděli, že firma s motorem od té doby provedla 42 zážehů. Při sečtení všech testů Raptor hořel celkem 1200 sekund a zatím nejdelší provedený zážeh trval 100 sekund. Delší zážeh jim testovací zařízení prý neumožňuje. Elon při prezentaci ukázal video 40sekundového zážehu. Vývoj tedy evidentně pokračuje dobře a rozhodnutí zmenšit výsledný motor o polovinu oproti původnímu plánu pravděpodobně usnadní jeho finalizaci. Elon dodal, že tlak v komoře testovacího Raptoru je 200 barů, ale motor, který nakonec poletí, prý bude mít tlak 250 barů a později chtějí dosáhnout hodnoty mírně přes 300 barů.
Potenciální využití pro BFR
SpaceX hodlá nabízet BFR pro prakticky všechny myslitelné účely. Musk zmínil vynášení mnoha menších satelitů najednou a také možnost vzniku nových typů satelitů, které by využily nákladního prostoru BFR širokého skoro 9 metrů. Něco takového v současnosti nikdo nenabízí, a tak je velikost družic často omezena rozměry aerodynamických krytů běžných raket. Musk uvedl jako příklad vesmírný teleskop, který by díky BFR mohl mít 10krát větší zrcadlo než Hubble, aniž by bylo nutné jej nějak složitě skládat a rozkládat. Dále BFR umožní sbírání starých satelitů či úklid vesmírného odpadu, pokud o to někdo projeví zájem. BFR také dokáže zásobovat Mezinárodní vesmírnou stanici podobně jako loď Dragon, která tuto funkci plní v současnosti. BFR připojené ke stanici působí trochu komicky, ale k tomu Elon Musk dodal: “Raketoplán byl také hodně velký. Je to proveditelné.”
-
- Vizualizace lodi BFR při vypouštění nákladu na orbitě
-
- Vizualizace BFR připojeného k ISS
Pro všechny tyto účely lze použít i současné rakety Falcon, ale BFR od nich kromě levnějšího provozu bude odlišovat také schopnost efektivně dopravit náklad i do vzdálenějších destinací, jako je Měsíc či Mars. Je k tomu akorát potřeba vícero startů, aby mohla být loď před dlouhou cestou naplněna palivem a okysličovadlem. Tankování probíhá tak, že se dvě lodě na nízké oběžné dráze Země spojí záděmi k sobě a následně se pomocí manévrovacích trysek mírně popostrčí, aby se kapaliny usměrnily kýženým směrem (u ITS se lodě vzájemně propojovaly bokem). V případě cesty na Měsíc pak loď po přistání už nepotřebuje znovu doplňovat palivo. Množství paliva, které si loď veze s sebou, je dostatečné pro návrat na Zemi. Na Marsu však loď bude potřebovat dotankovat nádrže pohonnými hmotami vyrobenými přímo na Rudé planetě, načež dokáže znovu vzlétnout a vrátit se na Zemi spolu s 20–50 tunami nákladu.
Dvě spojené lodě BFR při tankování pohonných hmot
Přistání na Marsu
Loď k Rudé planetě přiletí rychlostí až 7,5 km/s po hyperbolické trajektorii, načež pomocí několika manévrů co nejvíce prodlouží dobu strávenou v atmosféře, díky čemuž bude loď schopna zpomalit o 99 % pouze aerodynamicky. To je možné díky pokročilému tepelnému štítu založeném na materiálu PICA-X, který najdete také na lodi Dragon. Tento štít bude možné použít více než jednou, ale je ablativního typu, takže se postupně opotřebovává, a proto se bude muset průběžně vyměňovat – obzvlášť po náročnějších průletech atmosférou při cestách na Mars a zpět. V závěru přistání loď využívá dva motory Raptor, avšak i v případě selhání jednoho z nich loď dokáže v pořádku přistát. Elon Musk prý chce dosáhnout stejné bezpečnosti přistání jako v případě letecké dopravy. BFR také oproti loňskému ITS disponuje přepracovanými a znatelně menšími nohami. Vykládání lidí a nákladu z lodi po přistání zajistí jeřáb.
Výroba BFR začíná
Díky všem popsaným změnám vznikl z jednoúčelové marsovské rakety ITS všestranný produkt BFR, který zvládne to samé jako současné rakety Falcon 9 a Falcon Heavy, akorát lépe a levněji, a navíc je schopen efektivních cest na Měsíc či Mars. Zajímavostí je, že BFR bude mít větší nosnost než kterákoli raketa v dějinách, ale díky kompletní znovupoužitelnosti bude z hlediska mezních nákladů ze všech raket nejlevnější. Vzhledem k této univerzálnosti a nízkým provozním nákladům může SpaceX ukončit vývoj Falconů i Dragonu a uvolněné kapacity využít k výrobě BFR.
Porovnání nosnosti na nízkou oběžnou dráhu různých raket
A nebudeme muset čekat dlouho – Elon Musk oznámil, že první loď se začne vyrábět už během příštího roku a její premiérový start by mohl proběhnout zhruba za 5 let. Výrobní stroje pro hlavní nádrže už jsou objednány a prý probíhá budování “zařízení”. Zde mi však není jasné, co Elon myslí zařízením – modifikaci centrály v Hawthorne, nebo nějaký nový segment či celou budovu, o které zatím nevíme? Vzhledem k tomu, že 9metrový průměr rakety byl podle Muska zvolen proto, že to je maximální průměr, který je možné vyrábět v Hawthorne, je asi správná první možnost. EDIT: Nebo by také mohl myslet rampu v Texasu.
Kde na to SpaceX vezme peníze?
Firma může během vývoje BFR nadále generovat zisky pomocí současných raket Falcon, které bude již brzy možné opakovaně používat “snadno a rychle” díky jejich vylepšené variantě Block 5. SpaceX si podle Muska může vyrobit tyto rakety do zásoby a postupně je přestat vyrábět. Díky jejich znovupoužitelnosti je bude moci používat ještě dlouho po ukončení výroby. Navíc díky opakovaně použitelnému prvnímu stupni a aerodynamickému krytu, které dohromady tvoří 80 % ceny rakety, se společnosti markantně zvýší čistý zisk z každého startu. Nemá totiž důvod vlastní úspory ze znovupoužitelnosti nějak výrazně projevovat do cenovky startu pro zakázníka, neboť už dnes je SpaceX výrazně levnější než konkurence. O peníze na vývoj a výrobu BFR by tedy společnost neměla mít nouzi. Po uvedení nové rakety do provozu pak budou mít zákazníci na výběr, zda chtějí svůj náklad nechat vynést osvědčeným a menším Falconem nebo novým a zpočátku riskantnějším BFR.
Porovnání velikosti a nosnosti BFR s raketami Falcon
Kdy poletí BFR na Mars?
Věčný optimista Elon Musk doufá, že první dvě BFR by se k Marsu mohly vydat už v roce 2022. Přiznává, že to je hodně ambiciózní cíl, ale 5 let mu prý “připadá jako hrozně dlouhá doba”. Tato první mise by byla bez posádky a jejím hlavním úkolem by bylo identifikovat potenciální rizika, potvrdit přítomnost vody v cílové oblasti a také poskytnout základní vybavení pro zajištění energie, podpory života a těžby pro budoucí mise. Okno pro optimální cestu na Mars se otevírá jednou za zhruba 2 roky, takže v případě úspěchu první mise by se už v roce 2024 mohli na Mars vydat první lidé. Letěly by čtyři lodě najednou – dvě s posádkou a dvě bez. Hlavním účelem této mise by bylo zprovoznění zařízení na výrobu pohonných hmot a vybudování malé základny, kterou by bylo možné v budoucnu rozšířit. Elon Musk při přednášce ukázal, jak by mohl vývoj základny na Marsu vypadat. Středobodem jsou lodě BFR a zařízení na výrobu metanu a kyslíku z marsovského ledu a atmosféry za pomoci solární energie:
Nutno podotknout, že budování základny na Měsíci či Marsu by SpaceX téměř určitě nepodniklo samo, nýbrž ve spolupráci s vládními agenturami a dalšími soukromými firmami. SpaceX by především plnilo roli dopravce, zbytek by měl pravděpodobně na starosti někdo jiný. Myslím, že NASA se při představě takové mise sbíhají sliny.
-
- BFR s jeřábem po přistání na Měsíci (Zdroj: SpaceX)
-
- BFR na Marsu se základnou v pozadí
Z Londýna do Los Angeles za půl hodiny
Ale to není všechno! Musk prezentaci zakončil argumentem, že když je BFR schopné cest na Mars, tak proč jej nevyužít také k extrémně rychlé přepravě z bodu A do bodu B na Zemi? Následně pustil video (níže), v němž je znázorněno, jak by taková pozemská přeprava pomocí BFR mohla vypadat. Raketa by startovala z jedné z plovoucích startovních plošin, které by se nacházely poblíž velkých měst. Lidé by se na plošinu dopravili pomocí lodí (vsadím se, že robotických). Raketa by po startu klasicky odhodila první stupeň, který by posléze někde přistál, a kosmická loď by mezitím pokračovala v cestě dál, načež by přistála poblíž cílové destinace na téměř identické plošině, z které startovala. Většina těchto cest na dlouhé vzdálenosti by podle videa trvala kolem 30 minut. I na nejvzdálenější místo na Zemi byste se pak dostali do hodiny. Tento způsob přepravy by podle Muska měl být cenově srovnatelný s běžnými letenkami.
Celý tento koncept se mi líbí, ale zároveň mě napadá řada překážek, které jeho realizaci budou stát v cestě:
- Povolení úřadů nebude snadné získat, neboť přelétání raket nad pevninou je v současnosti považováno za velké riziko. V případě selhání rakety během letu by totiž mohlo dojít k ohrožení životů a majetku osob. SpaceX by tedy muselo nejdříve demonstrovat obrovskou spolehlivost BFR, aby úřady vůbec začaly zvažovat udělení patřičných povolení. Nemluvě o tom, že povolení by byla potřeba získat od všech zemí, přes které bude raketa létat…
- Rakety by při přistání vytvářely hluk a způsobovaly sonické třesky, což by v případě několika startů denně, které si Musk představuje, mohlo být proti srsti lidem žijícím poblíž startovních/přistávacích plošin. Jejich umístění mimo města a patřičné přizpůsobení trajektorie letu by však mohlo dopad nepříjemných třesků minimalizovat.
- BFR nejspíš nedisponuje únikovým systémem pro posádku, tudíž se vracíme k tomu, že pokud nebude prokázána téměř bezchybná spolehlivost a bezpečnost, SpaceX nedostane povolení takovou službu spustit.
Je to realizovatelné?
Jak vidíte, vize pro BFR je velice ambiciózní, ale oproti loňskému ITS působí méně fantasticky a má větší šanci na realizaci. Navíc Elon Musk to s BFR evidentně myslí vážně a není to jen projekt, který by měl navždy zůstat na rýsovacím prkně. Důkazem budiž to, že Raptor je v cílové rovince, vývoj kompozitních nádrží pokračuje a výroba prvního BFR má začít už příští rok. Finanční plán navíc tentokrát působí o dost hmatatelněji, a to Elon ani nezmínil potenciální příjmy z plánované internetové satelitní konstelace Starlink. BFR by mohlo skvěle posloužit k vynesení těch tisíců družic, které budou konstelaci tvořit.
Navíc, prezentace BFR shodou náhod proběhla přesně 9 let od prvního úspěšného startu SpaceX vůbec, tehdy ještě s malou raketou Falcon 1. Společnost od roku 2008 ušla obrovský kus cesty a za tak krátkou dobu stihla dosáhnout revolučních technologických pokroků a rozvrátit okoralý kosmický průmysl, který zamrzl v 70. letech a zapomněl, jak se inovuje. Myslím, že v tomto kontextu by nad plány SpaceX mávnul rukou jen pošetilec. Ovšem, rozhodně není zaručené, že SpaceX dosáhne svých cílů tak, jak to původně plánovalo, a můžeme se spolehnout, že dojde k odkladům, ale nefalšované úsilí o realizaci vlastních snů se společnosti upřít nedá. Historie SpaceX je plná lidí, kteří si vsadili proti Muskovi a jeho zaměstnancům, ale téměř vždy společnost z boje odešla vítězně a s hlavou vztyčenou. Jak to vidíte vy?
Záznam celé Elonovy přednášky o BFR:
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
wpDiscuz
