Podrobné seznámení s testovacím areálem SpaceX v McGregoru

O testovacím středisku SpaceX u městečka McGregor v Texasu jste už nejspíš někdy slyšeli. Občas se zde na webu objeví v článcích zmínka, že ten a ten první stupeň podstoupil testování na této základně a že zde byl proveden kompletní statický zážeh. Ale možná toho vlastně moc nevíte o tomto středisku, kde se testuje vše od jednotlivých motorů Merlin až po celé stupně Falconů a motorické přistání Dragonu. Dnes se na tento areál podíváme o dost podrobněji, a to včetně pohledu do jeho zajímavé historie.

Stručná historie areálu McGregor

Celý areál, kde má dnes SpaceX své testovací středisko, nevznikl jen tak na zelené louce. Počátky texaské základny McGregor lze datovat do dubna 1942, tedy 4 měsíce po útoku na Pearl Harbor, kdy federální vláda pověřila firmu National Gypsum Company z Buffala, aby zde na pozemku o rozloze 72 kilometrů čtverečních postavila muniční továrnu. Továrna Bluebonnet Ordnance Plant produkovala primárně TNT a dusičnan amonný, kterým byly potom plněny bomby, které se vyráběly jinde. Denně do továrny, která v době největšího výrobního rozmachu zaměstnávala více než 5000 lidí, zajíždělo přes 1000 aut.

Továrna Bluebonnet Ordnance Plant v době druhé světové války. Městečko McGregor se nachází v levém horním rohu. (Zdroj: Waco-McLennan County Library)

Produkce výbušnin zde byla ukončena 14. srpna 1945, kdy se Japonsko zavázalo přijmout bezpodmínečnou kapitulaci. Do konce války továrna vyrobila více než 13 milionů bomb. Po válce se zde začala výroba převádět na mírovější účely a většina pozemků byla poskytnuta texaské univerzitě, která zde zřídila experimentální farmu a výzkumné středisko.

Počátky raketové výroby lze v McGregoru datovat do roku 1952, kdy tam společnost Phillips Petroleum Company zřídila výrobu pevného paliva do raket, které umožňovaly start letadlům. V následujících letech zde pokračovaly společnosti Astrodyne (1958–1959), Rocketdyne (1959-1978) a po nich až do roku 1995 společnost Hercules Inc., která zde vyráběla palivo pro rakety AMRAAM, HARM, AIM-9L/M Sidewinder aj. Po odchodu společnosti Hercules z tohoto areálu si zde zřídila testovací středisko pro své motory a rakety firma Beal Aerospace, která zde dokonce několik testů svých motorů i provedla. V říjnu 2000 ale oznámila konec své činnosti. Jak vypadalo středisko v době Beal Aerospace, je možno zjistit na fotkách z archivu firmy.

V roce 2003 si testovací základnu McGregor pronajalo SpaceX. Celá oblast měla původně jen 104 hektarů, ale její výměra se v roce 2011 více než zdvojnásobila na 240 hektarů. Původně měla celá testovací základna jen 3 stále zaměstnance, ale tento počet se zvýšil na více než 240 v roce 2011. V říjnu 2012 měl celý areál už 7 testovacích stavů, které fungovaly 18 hodin denně, 6 dní v týdnu. V roce 2013 měl celý komplex už 11 testovacích stavů, na kterých probíhaly průměrně 2 testy denně. V březnu 2015 už se na základně McGregor nacházelo 12 testovacích stavů a bylo zde provedeno více než 4000 testů motorů Merlin, včetně 50 zážehů prvních stupňů raket Falcon 9.

Podrobný popis testovacího střediska

Účelem tohoto střediska je testovat jednotlivé komponenty raket Falcon 9 i součásti lodi Dragon či jeho nástupce Dragonu 2. Provádí se zde tedy testy všech jednotlivých motorů Draco, SuperDraco, Merlin 1D i 1D-Vac a nejnověji také Raptorů. Motory Merlin jsou po samostatném otestování integrovány do jednotlivých stupňů raket Falcon 9, které se zde pak testují vcelku, a to jak první stupně, tak i stupně druhé.

Jak tedy celý areál McGregor vypadá? Následující videa vám představí celou oblast. První je od SpaceX a druhé je neoficiální, ale nabídne vám letecký pohled na celý areál McGregor.

Nyní si zkusíme projít všechna aktivní či bývalá testovací stanoviště. Ostatním místům, jako jsou skládky, hangáry, parkoviště či kontrolní budovy, se nebudeme věnovat. Pro základní orientaci nám poslouží následující popsaná mapka, avšak je už pár let stará. Pro lepší přehled pak mohu jednoznačně doporučit tuto podrobně popsanou mapu celé texaské základny McGregor.

Přehledový obrázek celého střediska McGregor (Autor: /u/Zucal)

Stanoviště pro testování prvních stupňů

Na obrázku úplně vlevo nahoře najdeme testovací stavy pro první stupně raket Falcon 9. Když si tuto část areálu přiblížíme, nachází se zde například nejvyšší vodojem v celém Texasu. Ten při testech prvních stupňů provádí chlazení rampy, aby nedocházelo k jejímu poškození horkými spalinami, a zároveň slouží k potlačení akustických vln vznikajících při testech raketových stupňů. Přestože zvukové vlny jsou takto značně zeslabeny, zážehy motorů jsou poměrně hlučnou záležitostí. Tento vodojem se v průběhu času také přemisťoval. Původně se totiž nacházel u testovací třínožky a byl nižší. Po zprovoznění nového testovacího stanoviště pro první stupně se přemístil blíže k němu a vyrostl do výšky.

Testovací stanoviště pro první stupně v lednu 2015. Je vidět rozestavěné nové vertikální stanoviště. (Foto: /u/abledanger)

Pod čísly 1 a 4 se skrývají stanoviště pro testování prvních stupňů. Třínožka na obrázku je staré stanoviště, které se používalo do roku 2015. Postavila ho ještě firma Beal Aerospace a SpaceX jeho použiváním ušetřilo spoustu peněz. Toto stanoviště bylo naposledy použito pro testování posledního stupně Falconu 9 v1.1 pro misi Jason-3 a pak bylo stanoviště opuštěno. V říjnu 2019 se tento stav začal předělávat na vertikální testovací stav pro motory Raptor. O dva měsíce později pak byly úpravy dokončeny a došlo k prvnímu testování motoru Raptor.

Nové testovací stanoviště pro první stupně (na obrázku č. 1), se začalo stavět v roce 2013 a poprvé bylo použito v září 2015. Toto stanoviště na úrovni země je už moderní a jedná se o místo, kde se dodnes testují všechny první stupně, které opustí kalifornskou továrnu Hawthorne. Proč ho vlastně SpaceX postavilo? Umožňuje totiž snadnější výměnu testovaného stupně bez použití jeřábu a testovací technici a inženýři mají ke stupni jednodušší přístup. Je určeno pro testování stupňů při vyšším tahu a produkuje nižší hluk než staré stanoviště. Je nutno zmínit, že doba testování prvních stupňů je výrazně delší než několikasekundový statický zážeh na rampě před startem rakety, na který jste zvyklí. Testování v McGregoru trvá až tři minuty, což je stejná doba, po kterou hoří první stupně raket Falcon při běžné orbitální misi. Zajímavostí je, že stupně musejí být při takto dlouhém testování ukotveny, jelikož kvůli postupně ubývajícímu palivu by jinak hrozilo, že odletí pryč.

Společnost těmto testovacím stavům dělají nádrže na pohonné hmoty a další provozní kapaliny pro rakety. Dále stojí za zmínku strukturální testovací stanoviště (č. 6 na mapce). Probíhaly zde dynamické zkoušky, při kterých byly vývojové exempláře Falconu 9 a Falconu Heavy natahovány, stlačovány či namáhány v krutu. Zkrátka se zde simulují podmínky, které namáhají raketu při její cestě na orbitu.

Horizontální testovací stanoviště pro Raptory

Nejvýš na přehledovém obrázku celého areálu McGregor se nachází horizontální testovací stanoviště pro motory Raptor (na mapce číslo 3). S vývojem tohoto motoru začalo SpaceX už někdy v roce 2009, ještě před prvním startem rakety Falcon 9. S testováním Raptoru začalo SpaceX ve Stennisově vesmírném středisku v jižním Mississippi na základě dohody uzavřené v roce 2013. V roce 2014 začalo SpaceX s vývojem vstřikovačů do motoru Raptor. Od dubna do srpna roku 2015 potom ve Stennisově středisku probíhalo testování kyslíkových preburnerů, celkově zde bylo provedeno 76 zážehů.

V této době se také v McGregoru započalo se stavbou horizontálního testovacího stavu pro tento motor. A v srpnu 2016 na tomto stavu došlo k prvnímu zážehu zmenšené verze motoru Raptor s tahem přibližně 1 MN. V roce 2019 pak přibyl vedle prvního stavu i stav druhý. Je to poměrně pochopitelné. Při množství motorů, které má používat raketa Starship či její první stupeň Super Heavy, bude tato stanoviště SpaceX potřebovat jak sůl.

Testovací stanoviště pro Draco a SuperDraco

Na tomto malém stanovišti (č. 9 na mapce) se nachází hned několik zajímavých testovacích stavů. Probíhaly a probíhají zde testy korekčních motorků Draco, a to jak v atmosféře, tak i vakuové testy. Testují se zde horizontálně i motory SuperDraco a v neposlední řadě se zde nachází dekontaminační budova pro lodě Dragon. Sem je loď Dragon převezena po návratu z oběžné dráhy a vylovení z Pacifiku. Zde dochází k natlakování nádrží s monomethylhydrazinem a oxidem dusičitým, čímž dojde k jejich vypouštění do zásobních válců. Použitý tlakovací plyn je potom zahřát na vysokou teplotu, čímž dojde k jeho oxidaci, a je následně vypuštěn do atmosféry.

Stav pro testování motorů Draco v popředí, obdélníková budova za ním slouží k dekontaminaci lodí Dragon. Budova pro testy motorů SuperDraco zde ještě nestojí. (Zdroj: SpaceX)

Motory Draco slouží ke změnám polohy lodi Dragon na oběžné dráze a jsou také používány k deorbitaci. Níže se můžete podívat na video z testování soustavy těchto motorů, kterých má loď Dragon celkem 18. Druhé video potom zobrazuje horizontální testování motoru SuperDraco.

Motory SuperDraco jsou v současné době určeny jen a pouze pro možnost záchrany posádky na palubě lodi Crew Dragon, a to jak za letu, tak i v okamžiku, kdy loď ještě stojí na startovní rampě. Původně měly být určeny také k motorickému přistávání lodí Crew Dragon, ale z toho nakonec sešlo kvůli velké náročnosti testování a také proto, že se pro SpaceX jednalo o slepou uličku.

Nové testovací stanoviště pro druhé stupně

V tomto prostoru se chystá nový vertikální testovací stav pro druhý stupeň rakety Falcon 9. Konstrukční práce na něm započaly v roce 2015, ale byly zastaveny poté, co byl dokončen deflektor spalin. Obnoveny byly v roce 2017 a od té doby na něm práce pomalu pokračují. Foto níže pochází z října 2019 a pokud bychom se podívali na to, v jakém stavu se nachází o 2 měsíce později, zjistíme, že v důsledku jiných priorit v McGregoru práce na tomto stavu příliš nepokročily. Stavba nového stavu pro druhé stupně by měla odlehčit tomu stávajícímu, zejména v nadcházejících letech, kdy má SpaceX v plánu startovat každý měsíc více než dvakrát.

Stavba testovacího stavu pro druhý stupeň raket Falcon 9 v říjnu 2019 (Foto: Gary Blair / NASA Spaceflight)

Horizontální testovací stav

Horizontální testovací stanoviště se na mapce nachází vpravo nahoře pod číslem 12. Dříve se tu testovaly motory Merlin a možná také komponenty motoru Raptor.

Motor Merlin 1A na horizontálním testovacím stanovišti na základně McGregor v roce 2003 (Foto: SpaceX)

Vertikální testovací stavy pro Merlin 1D a 1D-Vac a horní stupně Falconů

V tomto místě (čísla 13 a 14 na mapce) je poměrně výrazná akumulace testovacích stavů, nachází se zde totiž hned čtyři najednou. Pokud si celou oblast chceme představit, začneme zprava. Zde se nachází dva vertikální testovací stavy pro motory Merlin 1D (poprvé byly využity v roce 2011), vedle nich je stanoviště pro druhé stupně Falconu 9 a na čtvrtém stavu (úplně vlevo) se testují vakuové verze motoru Merlin 1D.

Pod číslem 14 na mapce se nám skrývá testovací stav pro testování horních stupňů raket Falcon. Pořád se totiž hovoří o testovacích zážezích prvních stupňů, ale málokdo si uvědomuje, že i druhé stupně podstupují testování. Vzhledem k velikosti a křehkosti trysky vakuového Merlinu na horním stupni se tyto motory na rozdíl od atmosférických testují bez nasazeného prodloužení trysky. Jinak by při zážehu došlo k jejímu zničení.

Tímto jsme vyčerpali všechna testovací stanoviště, která se nachází na první mapce. Celý testovací areál je však daleko rozsáhlejší. Další testovací oblasti se nachází vlevo od mapky první. Vytvořili jsme proto ještě jednu mapku. Cesta, která byla na první mapce uříznuta, zde pokračuje k místu věčného odpočinku testovací rakety Grasshopper. Poté dorazíme na křižovatku. Pokud se po ní vydáme vlevo, přijedeme až na místo, kde se v roce 2013–2014 konaly zkoušky přistávání demonstrátorů Grasshopper a F9R-Dev1.

Mapka velké části areálu SpaceX v McGregoru (Autor: ElonX)

Testovací stanoviště pro Grasshopper a F9R-Dev1

Na této ploše se uskutečnilo všech osm skoků malé experimentální rakety Grasshopper. Zkoušky probíhaly od září 2012 do října 2013. Po posledním testu byl Grasshopper vyřazen z aktivní služby a přesunut na místo svého odpočinku.

V dubnu 2014 pak na jeho místo v McGregoru nastoupila raketa F9R-Dev1. Ta byla založená na prvním stupni rakety Falcon 9 v1.1, i když na rozdíl od ní byla vybavena jen 3 motory Merlin. Zkoušky této rakety probíhaly potom od dubna do srpna 2014, kdy byl tento experimentální stroj po anomálii zničen Larsem Blackmorem. (Videa z testovacích letů raket Grasshopper a F9R najdete v sekci Videa.)

Po skončení programu Grasshopper a F9R-Dev1 ovšem tento prostor osiřel. Ale nebylo by to SpaceX, aby tohoto místa nevyužilo. Pokud si srovnáte předchozí obrázky s obrázkem níže, najdete pár rozdílů. Přistavěla se další plocha a startovací oblast Grasshopperu se také změnila. Na těchto místech se posléze testovaly přistávací nohy Falconu 9 a také heliové tlakové nádoby COPV.

Přistávací plocha pro Grasshopper po přestavbě na testování nohou a COPV (Foto: Teslarati)

Když se nyní vrátíme zpět na křižovatku a místo doleva pojedeme rovně, přijedeme na vertikální testovací stanoviště motorů SuperDraco.

Vertikální stav pro testování motoru SuperDraco

Loď Dragon 1 se bez motorů SuperDraco dost dobře obešla, ale protože Crew Dragon neboli Dragon 2 má vozit lidskou posádku, muselo SpaceX vyvinout motor, který lodi Dragon umožní odnést posádku do bezpečí v případě nehody. A protože bylo nutno tyto motory důkladně otestovat, postavilo kvůli nim SpaceX zvláštní testovací stanoviště. Zde se motory SuperDraco testují jak jednotlivě, tak v páru, tedy ve stejné konfiguraci, v jaké budou namontovány na loď Crew Dragon. SpaceX v průběhu let provedlo více než 700 testovacích zážehů motorů SuperDraco.

Testovací prostor pro DragonFly

Pokud se od vertikálního testovacího stanoviště motorů SuperDraco vydáme dál, dojedeme na poslední stanoviště, kde SpaceX provádělo své testy. Zde měly probíhat testy motorického přistávání lodi Crew Dragon. S těmito testy se započalo na podzim 2015 s experimentální kabinou přezdívanou DragonFly. Po úspěšně provedeném testu úniku Dragonu 2 z rampy v červnu 2015 byla v říjnu kabina převezena z Kalifornie do Texasu na nově vybudovanou rampu, která se nachází kousek od vertikálního testovacího stavu pro motory SuperDraco.

Příjezd kabiny DragonFly do McGregoru v říjnu 2015. V pozadí vysloužilý Grasshopper. (Zdroj: NASA Spaceflight)

Nejdřív měly probíhat testy, kdy kabina bude zavěšena na jeřábu. Posléze měla kabina DragonFly fungovat už samostatně. Testování mělo potom probíhat ve čtyřech krocích.

  • Nejprve mělo dojít ke shozům kabiny z vrtulníku, kdy kabina bude hlavně přistávat na padácích, ale motory jí mírně pomůžou.
  • V druhé fázi už při těchto shozech mělo kromě padáků dojít též k 5sekundovým zážehům motorů SuperDraco a kabina měla lehce dosednout.
  • Ve třetím kroku měl být vynechán vrtulník. Kabina měla odstartovat na motorech SuperDraco a po 12,5 sekundách měly být motory vypnuty. Kabina by se mezitím dostala do výšky zhruba 2 kilometrů a při přistání měly být použity pouze dva padáky, tedy kabina opět měla potřebovat zážeh motorů SuperDraco.
  • Poslední krok měl být obdobou kroku předcházejícího, ale měl se lišit velice podstatnou drobností – při přistání měly být už úplně vynechány padáky.

Dá se říct, že ze všech plánovaných testů vlastně proběhl jen test visení na jeřábu.

Než pak v červnu 2017 došlo k zrušení koncepce motorického přistávání, bylo na tomto testovacím stanovišti mimo jiné natočeno ono slavné video kabiny visící na jeřábu.

Malá perlička na závěr, možná vás napadlo, proč vlastně SpaceX neplánuje dělat skoky Starhopperu na základně McGregor, když zde testovala F9R-Dev1 i Grasshopper. Odpověď je poměrně překvapující – důvodem jsou platná nařízení městečka McGregor. Testovací základna se nachází na pozemcích, které vlastní nedaleké městečko McGregor. A protože v něm žijí lidé, kterým je nepříjemné poslouchat hluk vznikající při testování motorů a raket, radnice vydala v roce 2016 nařízení, která omezují činnost základny SpaceX. Ani raketové společnosti to tedy nemají lehké.

V těchto pravidlech zastupitelé města McGregor vymezili raketovou testovací základnu (RTZ), její střed se nachází na místě, kde je postavená testovací trojnožka, tedy současný vertikální testovací stav pro motory Raptor. Pomyslný kruh o poloměru 1 míle okolo tohoto bodu vymezuje plochu RTZ.

  • Nikdo nesmí vyrábět, sestavovat, testovat či zažehávat raketové motory, pokud tak nečiní v RTZ.
  • Žádný z testovacích zážehů nesmí zvýšit tlak vzduchu na hranici RTZ o víc než 6,9 kPa (1 psi).
  • Žádný zvuk vytvořený testováním motorů v RTZ nesmí překročit 115 dB na kterémkoliv místě města McGregor, které se nachází 3 míle od RTZ.
    • Pokud zvuk vzniklý testováním překročí ve městě McGregor 115 dB a nepřekročí 120 dB, musí být takový test pozastaven, osoby provádějící test musí požádat McGregor o povolení obnovit test, zaplatit poplatek 5000 dolarů, poskytnout vysvětlení, proč k tomu došlo a zároveň představit nápravná opatření, která opakování těchto problémů do budoucna zamezí. Jakmile tyto požadavky budou splněny, budou moci testy pokračovat. Nápravná opatření budou muset být provedena do 120 dnů.
    • Pokud zvuk vzniklý testováním překročí ve městě McGregor 120 dB a nepřekročí 125 db, musí splnit všechny podmínky obsažené v předchozím bodě s rozdílem, že žadatel zaplatí 7500 dolarů. Než však bude moci dojít k obnovení testů, budou muset nejen být představena, ale i splněna nápravná opatření. Město pak provede inspekci, zda provedená opatření splnila svůj účel. Pokud ano, povolení bude obnoveno, pokud ne, budou muset nápravná opatření pokračovat.
    • Pokud zvuk překročí hladinu 125 dB, bude muset žadatel splnit stejné podmínky jako v předchozím bodě, povolení bude ovšem stát už 50 000 dolarů. Pokud se však městská rada rozhodne, že nutná opatření nebyla splněna, či nebyla dostatečná, může být povolení zamítnuto. Žadatel si může opět podat žádost, městská rada může dle svého vlastního uvážení stanovit podmínky a omezení pro použití tohoto testovacího stavu.
    • Z těchto podmínek jsou vyjmuty první dva akceptační testy motorů na vertikálním testovacím stanovišti prvních stupňů rakety Falcon 9. Tyto testy nebudou podléhat možnosti zastavení nebo zákazu jejich provádění. Pořád bude však platit podmínka zaplacení poplatku a podání vysvětlení. Tyto testy nepřesáhnou dobu trvání 15 sekund a v případě, že se ve vzdálenosti 3 mil od RTZ naměří hodnota 125 dB či vyšší, musí být do 3 sekund ukončeny. Druhý test pak nesmí být proveden dříve než za 7 dnů, pokud město nestanoví jinak.
  • Nesmí zde být prováděn žádný test či zážeh motoru či svazku motorů s tahem vyšším než 33,3 MN (7,5 milionů liber).
  • Mezi 21:00 a 7:00 nesmí být bez příslušného povolení prováděn žádný test raketového motoru. Všechny testy motorů s tahem vyšším než 8,9 MN (2 miliony liber) musí být prováděny mezi východem a západem slunce. Mezi 21:00 a 23:00 je možno provést tzv. pozdní noční test motoru či svazku motorů s celkovým tahem nižším než 8,9 MN. Za první takovýto test v kalendářním roce SpaceX zaplatí 10 000 dolarů, za druhý 15 000 dolarů a za každý další pak 25 000 dolarů. Toto povolení lze získat i zpětně do pěti dnů po provedení testu.
  • Nesmí zde být prováděny žádné starty do atmosféry bez příslušného povolení. Takovýto test může být proveden pouze v hranicích RTZ a do maximální výšky 3,6 km.

Tip: V minulosti jsme přeložili video z roku, ve kterém vás Tom Mueller ze SpaceX provede areálem v McGregoru. Pokud jste ho ještě neviděli, určitě to napravte:

Jiří Hadač



Mohlo by se vám líbit...

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