Víme, jak přesně bude probíhat chystaný test úniku Crew Dragonu za letu a zda při něm bude zachráněn první stupeň

V létě jste si na ElonX mohli přečíst podrobný článek o plánovaném testu úniku Crew Dragonu za letu, při kterém bude prázdná loď simulovat nouzovou situaci a během letu se oddělí od rakety pomocí motorů SuperDraco a následně přistane na padácích do moře. V době vydání článku nebyla k dispozici řada klíčových informací o tomto testu, a tak jsme byli v některých ohledech odkázáni na nepotvrzené informace a spekulace. Nyní se však objevila oficiální ekologická studie (PDF) Federální letecké správy (FAA), ve které SpaceX podrobně vysvětluje, jak přesně bude únikový test probíhat. Konečně tedy víme, jaká bude použita raketa, zda bude možné zachránit první stupeň, jestli bude druhý stupeň jen maketa, a jak bude Crew Dragon po přistání dopraven do přístavu.

Fanouškovská vizualizace úniku Dragonu za letu (Autor: /u/Emmajhtr)

Průběh testu

Účelem testu je ověřit funkčnost bezpečnostního únikového systému lodi Crew Dragon, který má v nouzové situaci během letu (například při selhání rakety) odnést loď i s posádkou do bezpečí. Raketa Falcon 9 s lodí Crew Dragon v rámci testu odstartuje z rampy LC-39A v Kennedyho vesmírném středisku na Floridě na standardní trajektorii, kterou využívají mise na ISS (jen s rozdílným azimutem, aby se snížilo riziko dopadu trosek na pevninu). Falcon 9 dosáhne rychlosti přibližně Mach 1 a bude naprogramován tak, aby vypnul motory a simuloval tak ztrátu tahu. K vypnutí motorů dojde v okamžiku maximálního dynamického namáhání (max Q) zhruba 90 sekund po startu.

Tabulka času, výšky, vzdálenosti a rychlosti během jednotlivých fází testu (Zdroj: SpaceX)

Loď Dragon by následně měla detekovat ztrátu tahu a aktivovat únikový systém, čímž dojde k nastartování motorů SuperDraco. Loď zároveň vyšle signál prvnímu stupni, aby vypnul motory (i když to bude v tomto konkrétním případě zbytečné), a poté se Dragon oddělí od rakety v místě, kde je trunk připojen ke druhému stupni pomocí rozbitných matic. Dragon bude poháněn motory SuperDraco až do jejich vypnutí a následně poletí setrvačností do apogea ve výšce 27–72 km, načež bude odhozen trunk (ten je vybaven křidélky pro stabilizaci lodi během odletu od rakety). Malé korekční trysky Draco následně natočí Dragon do polohy pro návrat a loď začne klesat zpět k zemi. Ve výšce kolem 10 km budou vystřeleny brzdicí padáky a ve výšce necelých 2 km pak dojde k vypuštění hlavních padáků. Dragon přistane do moře ve vzdálenosti 14–67 km od pobřeží.

Plánovaná trajektorie Crew Dragonu během testu (Zdroj: SpaceX)

Zajímavostí je, že SpaceX zvažovalo provedení tohoto testu z Vandenbergovy letecké základny v Kalifornii. Tato varianta ale byla zavrhnuta z důvodu potenciálně větších technických obtíží a také větší problematičnosti z hlediska dopadů na životní prostředí.

Dragon a Falcon 9

Nyní se podívejme na konkrétní hardware, který bude při tomto testu použit. Crew Dragon má reprezentovat finální letovou konfiguraci této lodi a bez nákladu má hmotnost zhruba 7700 kg . Všechny systémy a komponenty, které jsou pro únikový test nutné, budou ve stejné konfiguraci jako Crew Dragon na ostrých misích s posádkou. Systémy, které nejsou pro test nutné, budou odstraněny nebo zjednodušeny, aby se snížila náročnost procesu repasování lodi po předchozí misi. Test totiž bude proveden s Crew Dragonem z nepilotované demonstrační mise DM-1. Bude to tedy pro tento konkrétní exemplář už druhý let.

Co se týče Falconu 9, jistě vás zajímá hlavně to, jestli se první stupeň po provedení testu pokusí přistát. Mezi fanoušky se o tom vášnivě diskutovalo, protože se dá v otázce přistání dá dobře argumentovat pro i proti. Dokument FAA prozrazuje, že SpaceX původně zvažovalo během testu provést přistání prvního stupně na pevninské plošině LZ-1. Parametry testu ale vyžadovaly oddělení Dragonu během max Q, a SpaceX tak nebylo schopno vytvořit takovou trajektorii, která by umožnila návrat stupně na pevninu. Společnost také zvažovala variantu, že by první stupeň byl po oddělení Dragonu znovu zažehnut a letěl dál nad Atlantik, kde by buď přistál na mořské plošině OCISLY nebo dopadl do oceánu ve vzdálenosti 200–300 km od pobřeží. Tato možnost ale také nebyla schůdná kvůli problémům se získáním schválení kvalifikace sebedestrukčního systému po oddělení Dragonu.

SpaceX se tedy nakonec o přistání prvního stupně nepokusí a Falcon 9 pro tento test nebude vůbec vybaven přistávacími nohami ani roštovými kormidly. Raketa bude po oddělení Dragonu neovladatelná a oba stupně se po pár vteřinách letu po balistické křivce rozpadnou zhruba 3–7 km po směru letu.

Falcon 9 Block 5 během vývozu na rampu před misí Bangabandhu-1 (Foto: Elon Musk)

Falcon 9 bude ve variantě Block 5 a i když to dokument neuvádí, dá se předpokládat, že půjde o některý z několika již použitých stupňů, které má SpaceX k dispozici. Kromě chybějícího přistávacího vybavení se bude raketa od běžného Blocku 5 lišit také tím, že motory nebudou disponovat plným množství samozápalné směsi TEA-TEB (triethylhliník-triethylboran), která se používá pro opakované zážehy motorů během letu a přistání. Nedostatek této směsi mimochodem zapříčinil nezdařené přistání centrálního stupně Falconu Heavy.

Dalším velkým rozdílem bude, že druhý stupeň sice bude standardní, ale bude mu chybět spousta komponent včetně vakuového motoru Merlin 1D. Na stupni byste tedy marně hledali například spalovací komoru, turbočerpadlo, vektorovací hardware a další součástky, které by byly na této misi zbytečné, neboť bude ukončena předčasně. Druhý stupeň bude v podstatě vybaven jen komponenty potřebnými k tankování pohonných hmot do nádrží, které proběhne běžným způsobem. Z dřívějška víme, že díky tomu se tankování během této mise bude počítat do požadovaných 5 tankovacích cyklů, které vyžaduje agentura NASA v rámci kvalifikace nových tlakových nádrží na helium pro lety s posádkou (pozor, neplést se související kvalifikací celého Blocku 5, u kterého je potřeba 7 letů ve finální konfiguraci).

Raketa bude vybavena autonomním sebedestrukčním systémem pro případ, že raketa selže jinak než podle plánu nebo se odchýlí od nominální trajektorie. Jediným rozdílem oproti běžné konfiguraci destrukčního systému bude absence pyrotechnického ventilu pro přerušení tahu motoru druhého stupně.

Vylovení Dragonu

Průběh záchrany Crew Dragonu po přistání do moře bude velmi podobný vylovení nákladní lodi Dragon po návratu z ISS. SpaceX má s tímto procesem hodně zkušeností, ale únikový test se bude v některých ohledech lišit. U vylovení například bude asistovat více lodí než u nákladního Dragonu, takže celá operace bude o něco komplikovanější. Záchranu ale naopak usnadní to, že Crew Dragon bude mít po přistání mnohem méně zbytkového hypergolického paliva, které je toxické a žíravé. Palivo se používá v motorech Draco a SuperDraco a nádrže jsou společné. Zažehnutí motorů SuperDrac během úniku od rakety však zhruba 60 % paliva spotřebuje.

A jak se SpaceX vypořádá s potenciálním únikem hypergolického paliva po přistání? Očekává se, že loď i nádrže budou po přistání utěsněny, ale záchranný tým se i tak k lodi nejdříve přiblíží s uzavřeným dýchacím přístrojem a provede vizuální kontrolu lodi a “čichový test”, aby potvrdil, že nedošlo k úniku zbytkového paliva. Po vylovení lodi budou palivové a heliové nádrže před návratem do přístavu odtlakovány. Crew Dragon bude odvezen do přístavu Port Canaveral nebo k molu u Cape Canaveral Air Force Station.

K dispozici jsou dva způsoby vylovení – primární a záložní. Primární metoda je podobná současnému nákladnímu Dragonu – jeřáb záchranné lodi GO Searcher vyloví kabinu z vody a umístí ji na palubu. Záložní metoda spočívá v odvlečení Dragonu zpět do přístavu pomocí nafukovacího raftu. Tento raft byl před pár měsíci spatřen v přístavu v Los Angeles a spekulovalo se o jeho účelu. Vzhledem k tomu, že se nacházel hned vedle lodi Mr. Steven, někteří se mylně domnívali, že bude používán během pokusů o záchranu aerodynamických krytů nebo dokonce při motorickém přistání Crew Dragonu.

Závěr

Dragon při testu úniku z rampy v roce 2015 (Zdroj: SpaceX)

Pro někoho možná bude zklamáním, že během testu nedojde k přistání prvního stupně, ale myslím, že i tak půjde o skvělou podívanou. Pro ilustraci se můžete podívat na test úniku Dragonu z rampy z roku 2015 a také zkoušku úniku za letu suborbitální rakety New Shepard společnosti Blue Origin. A pokud vás zajímají záchranné systémy kosmických lodí podrobněji, rozhodně si přečtěte náš 3dílný seriál o této problematice.

Kdy přesně SpaceX provede test úniku za letu, zatím nevíme jistě. Dokument FAA uvádí jen rok 2019, ale z dřívějška víme, že zkouška proběhne mezi demonstračními misemi DM-1 a DM-2. Ty jsou momentálně plánovány na leden a červen 2019, takže testu bychom se mohli dočkat někdy na jaře nebo začátkem léta.

Celý 208stránkový dokument o ekologických dopadech únikového testu a dřívějších operací SpaceX si můžete přečíst zde.




  • Mohlo by se vám líbit...

    7
    Diskuze

    avatar
      Odebírat  
    nejnovější nejstarší nejlepší
    Nastavit upozorňování na
    Jiří Hadač
    Přispěvatel

    Moc hezké Petře, dobře se to četlo. A je to přesně jak píšeš, konečně je jasno. Jedinou nezodpovězenou otázkou je, který stupeň bude obětován.
    Mám jen dvě otázky.
    Rozbitné matice, to jsou nějaké pyrošrouby?
    Rozpadnou? Z takovéto rychlosti bych spíš řekl, že se max. očoudí při návratu a určitě pomačkají dopadem na hladinu. Viz postranní bloky sojuzu, které se odpojují po necelých dvou minutách letu. Tady bych měl z dopadu na hladinu strach, protože to může dopadnout jako booster z Govsatu-1, ano, vím, že ten přistával. Strach ve smyslu, že možná by bylo lepší tu raketu nějak pyrotechnicky rozložit, nebo pozotvírat ventily, ať to jde rychle pod vodu. I postranní stupně rakety Sojuz ST při startu z Kourou jsou modifikované, aby se určitě po neřízeném dopadu na hladinu potopily.

    Ivo Janáček
    Host
    Ivo Janáček

    Přiznám se, že z toho taky nejsem moc chytrý. 🙂

    Takže na začátek si myslím, že Crew Dragon bude naložený závažím tak, aby se simulovala jeho maximální nosnost. V textu je asi trochu nešťastně uvedeno, že bude prázdný čímž je asi myšleno bez posádky a bez užitečného nákladu i když jistě tam bude asi dost měřících přístrojů.

    Pak se přiznám, že docela nechápu ten velký rozptyl údajů, jistě Max Q není vždy ve stejném okamžiku, ale čekal bych mnohem menší rozdíly.

    Další co mi vrtá hlavou je ta kvalifikace sebedestrukčního systému. Podle toho co je u toho napsáno bych to asi chápal tak, že Nejdříve Crew Dragon vyšle povel k zastavení motorů, pak dojde k jeho oddělení a odletu a nakonec po určité pauze sebedestrukční systém raketu zničí. To jediné by mi v tom všem dávalo smysl. Jinak pokud jde o ten autonomní destrukční systém, tak to chápu tak, že ten tam bude tak jako u všech ostatních startů.

    Dále trochu nechápu požadavek NASA na 5 tankovacích cyklů a 7 letů. Co je myšleno tankovacím cyklem? Natankování a následné vypuštění? Pokud ano, pak je to vcelku jedno, protože to splňuje každý statický zážeh. Pokud je tím myšleno jen tankování před startem, tak to taky nedává smysl.

    Jiří Hadač
    Přispěvatel

    Já se teď schválně dívám na tu analýzu letové trajektorie FH z února, co vyšla na redditu. Když se podíváš na graf dynamický tlak vs výška a konkrétně na data Echostaru, Jcsatu-16, SES-9 a Koreasatu, tak je tam vidět dost rozptyl v tom, při jaké výšce dosahuje tlak maxima. Koreasat při cca už v 8km, Echostar mezi 11-13km, JCsat cca ve 14 a SES-9 až v 15 km. Zajímavý je i graf výška vs. rychlost. Je tam vidět docela rozevřené nůžky v rozptylu údajů. Tj. určitě by se k tomu dal přiřadit i čas. Tuším, že jsem v jednom z těch obrázků četl, že jsou to údaje cca co 5s, tj by se to dalo odpočítat a vidělo by se, jaký časový rozdíl činí už jen toto.
    Samozřejmě při letu na LEO je ten profil úplně jiný, stupeň nejdřív takříkajíc nabírá výšku, než aby akceleroval horizontálně, tj, trajektorie není tak agresivní jako při letu na GTO. Možná to dává další část k té skládačce rozdílu časů, na které se ptáš. Mimochodem, tady je rozdíl rychlostí vs výška vidět ještě lépe.