Chystá se test únikového systému Crew Dragonu, bude při něm zničen Falcon 9

Poznámka: Tento článek původně vyšel v listopadu 2018, ale nyní byl aktualizován na základě nových informací.

Na podzim 2018 se objevila oficiální ekologická studie (PDF) Federální letecké správy (FAA), ve které SpaceX podrobně vysvětluje, jak přesně bude probíhat únikový test Crew Dragonu. Víme tedy, 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. Od té doby se navíc objevilo několik dalších podrobností, které jsem doplnil v rámci aktualizace článku.

Neoficiální vizualizace úniku Crew Dragonu za letu (Zdroj: NASA Spaceflight)

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 88 sekund po startu. V tom okamžiku by na raketu měl působit dynamický tlak kolem 26 kPa, což je pro představu 70x více, než kolik byste cítili, kdybyste při jízdě autem rychlostí 100 km/h vystrčili ruku z okénka.

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 31 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.

Crew Dragon

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. Pro test měl být původně použit Crew Dragon z nepilotované demonstrační mise DM-1, avšak ten byl zničen při explozi dubnu 2019. Místo toho tedy bude test proveden s novým Dragonem C205, který měl původně letět na misi DM-2.

V listopadu 2019 tento Crew Dragon úspěšně absolvoval nápravný statický zážeh svých motorů Draco a SuperDraco. Při něm totiž jeho předchůdce z mise DM-1 explodoval, a tak SpaceX poté muselo upravit tlakovací systém lodi, aby se něco takového už neopakovalo.

Dragon bude během únikového testu obsahovat přibližně 2500 kg pohonných látek, z čehož přibližně 1500 kg tvoří oxid dusičitý a zbytek monomethylhydrazin. Po testu v Dragonu zůstane přibližně 1000 kg pohonných látek. Typický únikový manévr tedy spotřebuje 1500 kg paliva a okysličovadla.

Falcon 9

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 v otázce přistání dá dobře argumentovat pro i proti. Dokument FAA prozrazuje (a Elon Musk potvrdil), 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 podle dokumentu se oba stupně po pár vteřinách letu po balistické křivce rozpadnou zhruba 3–7 km po směru letu. Trosky, které dopadnou do moře, se SpaceX pokusí vylovit:

Falcon 9 bude ve variantě Block 5 s  již třikrát použitým prvním stupněm B1046, pro který to tak bude již čtvrtý start (v minulosti absolvoval mise Bangabandhu-1, Merah Putih a SSO-A). Jedná se o vůbec první vyrobený exemplář ve variantě Block 5. Kromě chybějícího přistávacího vybavení se bude raketa od běžného Falconu 9 lišit také tím, že motory nebudou disponovat plným množstvím samozápalné směsi TEA-TEB (triethylhliník-triethylboran), která se používá pro opakované zážehy motorů během letu a přistání (což u této mise nebude potřeba). Nedostatek této směsi mimochodem zapříčinil nezdařené přistání centrálního stupně Falconu Heavy.

První stupeň Falconu 9 B1046.4 určený pro únikový test Crew Dragonu v hangáru u rampy LC-39A v říjnu 2019 (Foto: NASA)

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.

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.

Falcon 9 pro únikový test absolvoval 11. ledna 2020 úspěšný statický zážeh motorů Merlin na rampě LC-39A. Na rozdíl od mise DM-1 však byl zážeh proveden bez Crew Dragonu. Ten bude k raketě připojen až v následujících dnech.

Statický zážeh Falconu 9 před testem úniku Crew Dragonu (Foto: Spaceflight Now)

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 únikovém testu mnohem méně zbytkového hypergolického paliva, které je toxické a žíravé. Palivo se používá v motorech Draco a SuperDraco a nádrže jsou společné. Zažehnutí motorů SuperDraco během úniku od rakety však zhruba 60 % paliva spotřebuje. Při běžném návratu Crew Dragonu z oběžné dráhy, kdy nedojde k aktivaci únikového systému, v lodi pravděpodobně zůstane nespotřebovaného paliva více.

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 také ověří, 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 nebo GO Navigator vyloví kabinu z vody a umístí ji na palubu. Záložní metoda spočívá v odvlečení Dragonu zpět do přístavu Port Canaveral pomocí nafukovacího raftu. Tento raft byl v minulosti spatřen v přístavu v Los Angeles a spekulovalo se o jeho účelu. Vzhledem k tomu, že se nacházel hned vedle lodi Mr. Steven (dnes Ms. Tree), někteří se mylně domnívali, že bude používán během pokusů o záchranu aerodynamických krytů nebo dokonce při motorickém přistání Crew Dragonu.

Závěr

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. Před časem jsme také přeložili informativní video o únikovém testu Crew Dragonu a záchranných systémech obecně:

SpaceX a NASA plánují test úniku za letu provést 18. ledna 2020 mezi 14:00 a 18:00 SEČ. Pokud bude úspěšný a SpaceX brzy poté dokončí certifikaci padákového systému Crew Dragonu, první pilotované misi DM-2 už vlastně nebude stát nic v cestě. Další podrobnosti, aktuální informace a odkazy na živé přenosy z únikového testu Crew Dragonu najdete na jeho profilu.

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




Mohlo by se vám líbit...

Odebírat komentáře
Nastavit upozorňování na
guest
24 Komentáře
nejstarší
nejnovější nejlepší
Inline Feedbacks
Zobrazit všechny komentáře
Jiří Hadač

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.

Jiří Hadač

Samozřejmě nejsem odborník na aerodynamiku, ale můžeš mít pravdu. Určitě bude něco jiného, když při té rychlosti bude procházet atmosférou těleso, které na takovýto průchod připraveno (Dragon, aerodynamický kryt) a né něco, od čeho se tato část oddělí a najednou je z toho silně nearodynamický tvar. Tady jsem to možná nedomyslel a může dojít přesně na to, co píšeš ty. Na druhou stranu, booster New Shepard při in flight abortu při Max Q přežil. Ale můžou mít jinak řešený vrch nosiče, plus nemusí se jednat o totožné rychlosti, aerodynamický tlak atd.
Také mě napadlo, že sem nedávno četl, že trajektorie Crew dragonů budou podobné té pro GTO, tedy budou plošší, čili by měl při max Q být Dragon vystaven většímu tlaku, než při běžných letech na LEO při CRS. Omlouvám se, vypadl mi článek, kde to bylo. A teď tu čtu, že poletí při abortu po trajektorii pro CRS. Samozřejmě informace nejsou v rozporu. Jen se divím, že nesimulují tento manévr při stejné trajektorii.

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

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.

Petr Šída

Okamžik MaxQ bude jistě záviset i na aktuálním tlaku a stavu počasí

MilAN

Pokud stupeň nemá roštová kormidla, přistávací nohy ani zápalnou směs, tak se určitě přistávat nebude.
Po oddělení Dragonu nebude stupeň řízen – resp se předpokládá, že nastartováním motorů Super Draco dojde k jeho vychýlení a vlivem aerodynamických sil k jeho samovolné destrukci

otaznick

Po poslednim tvitu Elona Muska o moznosti zalozniho pristani na trysky doufam, ze po uspesnem testu dojde i k vyzkouseni mekkeho pristani. Byl by to super zlaty hreb podivane. 🙂

Tomáš Kratochvíl

Já to nějak nemůžu najít. Nebyl by odkaz na ten tweet?

Tomáš Kratochvíl

Díky za link, v těch tweetech se však mluví o motorickém přistání cargo dragonu, nikoliv o plánu použít přistání na motory jako záložní systém v případě selhání padáků u crew verze, o čemž jsme tu tenkrát diskutovali…

Ivo Janáček

Měl bych pár připomínek:

1. pomocí rozbitných matic – asi bych volil spíše něco ve smyslu pyrotechnicky oddělitelné šrouby (bolts) nebo tak nějak.

2. Jelikož byl článek aktualizován, měla by se předělat tato pasáž:

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.

3. Nevím jak mám chápat tuto část:

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.

Chápu to tak, že nákladní Dragon se vrací s více jak tunou paliva?? Proč?

lvy

Ahoj Petře

1. Tak to se omlouvám, já jsem do dnes znal jen explosive bolt.

2. Já jsem se sem vrátil přes odkaz z kterého jsem měl dojem, že je článek aktualizován. Tak proto mě to překvapilo.

3. No a tohle je to, proč jsem vůbec napsal. Moc mi nedává smysl to aby se CD vracel s víc jak tunou paliva. Jednak je to pro tak malou loď poměrně hodně a jednak postrádám smysl takového úmyslu. Nevíš o tom něco víc? Co vím z vyšetřování nehody CD, tak palivový systém je společný. Z logiky věci tedy potřebuji palivo na únik a nebo na let k ISS a přistání. To by v praxi znamenalo, že únikový manévr potřebuji značné množství paliva oproti celému letu a návratu. Nicméně i tak si říkám, proč ho po deorbit burn nespálí z bezpečnostních důvodů tak, jak to třeba dělal raketoplán.

Jiří Hadač

Pokud já vím, tak se přebytečné palivo vozí na Zem a je z lodi dáváno pryč až v McGregoru, v budově k tomu určené.

Tomáš Kratochvíl

Ty matice jsou však na stejném principu, jako ty šrouby, co se týče názvoví by to šlo zvládnout stejnou předponou – pyro. Stejně, jako v systému pásů v autě bývají pyropatrony. Použít např. slovo “výbušné” mě v tomto spojení přijde nevhodné. Trhací matice zas znamenají něco jiného. Nějaké jiné nápady?

Vedra

Pyromatice, pyrotechnická matice asi nejlepší. Něco s významem výbuchu tam být musí jinak to bude vyvolávat falešnou představu, že jde o obdobu střižného šroubu (šroub navržený aby se ustřihl při daném zatížení) což to samozřejmě není. Trhací matice zase něco jiného jak už jste uvedl. (ochrana proti odcizení/manipulaci)

technomagg

Nějak nechápu proč se poté nepokusí o přistání prvního stupně, je škoda ho zahodit ne ?

Ales

Cetl jsi tento clanek vubec? Je to tam ramcove napsano

Milan

Co si pročíst odstavec “falcon 9”