Znovupoužitelnost raket Falcon se vyplatí. Elon Musk prozradil, jaké má SpaceX náklady na start

SpaceX dosáhlo nového milníku, když při posledním startu Falconu 9 poprvé došlo k situaci, kdy nějaký raketový stupeň letěl pošesté a opět bezpečně přistál. A rozhodně neletěl naposledy. Jenže kolikrát ještě může odstartovat? Kde je ta pomyslná hranice? A kolik vlastně stojí příprava stupně na další start? Na tyto a další otázky v poslední době odpověděl Elon Musk, CEO a technický ředitel SpaceX.

Block 5, nejnovější varianta rakety Falcon, si odbyla premiéru v květnu 2018 a v té době Elon Musk prohlašoval, že každý první stupeň by měl teoreticky zvládnout až 100 startů. Od té doby Block 5 letěl už 37krát, takže SpaceX jistě má lepší představu o tom, jak si první stupně vedou a jestli nová verze rakety splnila očekávání. Je tedy rozhodně povzbuzující, že Elon Musk aktuálně stále tvrdí, že na prvním stupni v podstatě není nic, co by bránilo tomu, aby mohl absolvovat 100 startů nebo i více. Samozřejmě ale by některé součástky v takovém případě bylo potřeba průběžně měnit. Stejně tak čištění turbín na motorech Merlin je podle Muska „obtížné“.

Důvodem je to, že Merlin spaluje letecký petrolej, který při hoření vytváří saze, které motor postupně zanáší. Mezi starty je tedy potřeba saze odstranit. Raptor, který pohání Starship, je oproti Merlinu o dost složitější motor, ale jelikož spaluje metan, který hoří výrazně čistěji než petrolej, jeho znovupoužitelnost je snazší, protože nedochází k takovému zanášení. Podle Muska pomáhá snadné znovupoužitelnosti také nižší teplota hoření ve spalovací předkomoře Raptoru.

Merlin 1D (vlevo) vedle Raptoru (Foto: @brandondeyoung_)

A co všechno se tedy s prvními stupni provádí mezi starty? Celý proces je zatím stále zahalen tajemstvím, ale máme k dispozici alespoň nějaké náznaky. Musk bohužel nepotvrdil, zda proces čistění Merlinů kvůli odstranění sazí probíhá po každém startu u všech motorů nebo jen po určitém počtu zážehů daného kusu. Na druhou stranu alespoň prozradil, že SpaceX mezi starty daného stupně „téměř nikdy“ nevyměňuje celé Merliny za jiné kusy. V průběhu času je ale prý potřeba vyměnit některé součástky, například již zmíněné turbíny. Musk to přirovnal k údržbě proudových motorů na letadlech.

Co se týče nádrží, které tvoří hlavní konstrukci prvního stupně, z dřívějška víme, že SpaceX mezi starty provádí inspekce rentgenem. Ty zkontrolují svary a přítomnost případných prasklin či dalších nesrovnalostí. V nedávném dokumentu od Discovery, jsme pak mohli vidět také čištění přistávacích nohou mezi starty. Příprava stupně na další start momentálně zabere přibližně dva měsíce, ale to neznamená, že to SpaceX nedokáže rychleji, když je to potřeba. Současný rekord v rychlosti znovupoužití je 51 dnů, ale věřím, že v následujících měsících a letech bude ještě mnohokrát pokořen.

Příprava prvních stupňů Falconu 9 na další mise v hangáru u rampy LC-39A (Zdroj: Discovery)

Od doby, kdy SpaceX začalo s opakovaným používáním prvních stupňů, se vedou debaty o tom, kolik to vlastně firmu stojí a jestli se jí to vůbec vyplatí. Například konkurenční společnost ULA si udělala vlastní analýzu a došla k závěru, že znovupoužitelnost se vyplatí, jen když je každý vyrobený stupeň použit alespoň desetkrát. A jelikož ULA startuje každý rok méně než desetkrát, je pro ni levnější vyrobit pokaždé novou raketu. Ta pak má navíc vyšší nosnost, protože si nepotřebuje nechávat palivovou rezervu pro přistání a zároveň není nutné mít silnější konstrukci, přistávací nohy, kormidla a další odlišnosti, které zvyšují hmotnost rakety, což vede ke snížení nosnosti.

S touto analýzou ale Elon Musk nesouhlasí. Znovupoužitelnost u Falconu 9 prý sice vede ke snížení maximální nosnosti o 40 % či méně, ale náklady na záchranu stupně a jeho následnou přípravu na další start představují méně než 10 % celkových nákladů. To ve výsledku znamená, že už po dvou startech jsou celkové náklady a kombinovaná nosnost zhruba srovnatelná s jedním startem rakety na jedno použití. A pokud stupeň letí alespoň třikrát, úspory už jsou nepopiratelné.

K dispozici máme i konkrétnější čísla, protože Elon Musk v nedávném rozhovoru pro Aviation Week prozradil mezní náklady na jeden start již použitého Falconu 9. To znamená náklady, které vyplývají jen z následujícího startu dané rakety, ale nepočítá se do nich například výroba stupně nebo vývoj rakety. Podle Elona Muska jsou mezní náklady jen 15 milionů dolarů. Drtivou většinu této částky přitom představuje 10 milionů na výrobu nového horního stupně Falconu. Ten není znovupoužitelný, a tak je nutné vyrobit nový kus pro každou misi. Zbylých 5 milionů pak zahrnuje aerodynamické kryty (Musk nejspíš počítá s již použitými kryty, protože výroba nových vyjde na 5–6 milionů), helium, palivo a okysličovadlo a záchranu stupně a krytů. A dále také náklady na repasování prvního stupně pro další použití ve výši pouhých 250 tisíc dolarů. To je velmi nízká částka, která indikuje, že proces repasování nejspíš nevyžaduje příliš pracovních sil, ani drahé výměny hardwaru nebo složité inspekce.

SpaceX přitom start použitého Falconu 9 nabízí za cenu 50 milionů dolarů, což je výrazně pod cenou konkurenčních raket, ale přesto to stále představuje velkou marži. Při vlastních startech s družicemi Starlink pak SpaceX platí v podstatě jen zmíněné mezní náklady, takže vynesení šedesátky satelitů firmu vyjde jen na 15 milionů dolarů. Ovšem, do nákladů je potřeba rozpočítat také investici SpaceX do vývoje znovupoužitelnosti, která podle Elona Muska představuje asi miliardu dolarů. Ale tato částka se při plánovaném vysokém počtu startů SpaceX (výhledově 20–40 misí ročně) velmi rychle rozloží. Znovupoužitelnost Falconu 9 se rozjela až s verzí rakety v1.2 na konci roku 2015 a SpaceX od té doby provedlo 75 startů. Vývoj znovupoužitelnosti tedy zvýšil náklady na každý z těchto startů jen o 13 milionů dolarů.

Start mise Bangabandhu-1 (Foto: SpaceX)

Dále je potřeba přičíst náklady na výrobu prvního stupně. Elon Musk v minulosti uvedl, že první stupeň představuje asi 60 % celkové ceny rakety, zatímco druhý stupeň asi 20 %. Takže pokud náklady na výrobu druhého stupně jsou 10 milionů dolarů (viz výše), první stupeň stojí kolem 30 milionů. A tato částka se dále rozloží podle toho, kolik startů daný stupeň nakonec absolvuje. Aktuálně proběhl zatím rekordní šestý start stupně B1049, ale Elon Musk následně potvrdil, že SpaceX plánuje hranici posouvat dál a dosáhnout 10 startů jednoho stupně prostřednictvím misí Starlink. K tomu by tedy mohlo teoreticky dojít někdy příští rok.

SpaceX zatím vyrobilo 11 exemplářů prvního stupně Falconu 9 ve variantě Block 5, které společně provedly celkem 35 misí (všechny úspěšně). To znamená, že jeden stupeň v průměru letěl už třikrát, přičemž tato hodnota bude nadále stoupat. Sto letů, kterých má být Block 5 schopen, je ale spíše teoretická hodnota, které nebude nikdy v praxi dosaženo. Prezidentka SpaceX Gwynne Shotwell před časem uvedla, že nejspíš bude stačit, aby každý stupeň letěl přibližně 10krát. SpaceX totiž pro některé zákazníky stále musí každý rok vyrábět alespoň pár nových stupňů. Ve výsledku tedy bude vyrobeno dost stupňů na to, aby žádný z nich nemusel absolvovat více než těch 10 startů, i kdyby jich technicky vzato třeba zvládl více.

Jaké náklady tedy SpaceX má na jednotlivé starty? Pokud Muskem uváděná čísla aspoň trochu odpovídají realitě, náklady SpaceX na start nově vyrobeného Falconu 9 jsou přibližně 50 milionů dolarů. Firma si za komerční start s novým stupněm účtuje 62 milionů dolarů, takže po prvním startu je v plusu 12 milionů. Druhý start téhož stupně pak má náklady už jen oněch zmíněných 15 milionů, které zahrnují repasování prvního stupně a aerodynamických krytů, výrobu nového druhého stupně, pohonné látky, náklady na provoz námořní flotily apod. Pokud na své druhé misi raketa vynese další komerční náklad, SpaceX získá 50 milionů (dává slevu na starty s použitým stupněm), takže celkové příjmy ze startů daného stupně jsou 112 milionů (62+50) a celkové náklady jen 65 milionů (50+15). SpaceX je tedy po dvou startech téměř 60 milionů v plusu, což pokryje náklady minimálně na tři starty pro Starlink, které tak budou „zdarma“. Pokud daný stupeň poletí celkem desetkrát a budeme předpokládat, že aerodynamické kryty je možné použít v průměru pro dvě mise, celkové náklady po 10 startech se budou pohybovat kolem 210 milionů. SpaceX tedy stačí se stupněm provést čtyři placené mise a zbylých šest bude mít jakoby zadarmo.

Pokud jste nějaká jiná firma, která chce vybudovat podobnou satelitní megakonstelaci, asi jen těžko dokážete takové struktuře nákladů konkurovat. Amazon má se svou konstelací Kuiper šanci uspět, pokud si nechá satelity vynášet raketou New Glenn od Blue Originu, která má mít znovupoužitelný první stupeň stejně jako Falcon 9. Zatím ale visí velký otazník nad tím, kdy se podaří raketu uvést do provozu a jak rychle bude dosaženo její relativně rutinní znovupoužitelnosti. A klidně se může stát, že tou dobou už bude SpaceX létat se Starship, která dokáže vynést stovky družic Starlink najednou za zlomek nákladů ve srovnání s Falconem.

Neoficiální render kosmické lodi Starship se 400 satelity Starlink (Autor: Neopork)

A na závěr ještě jedna úvaha. SpaceX plánuje vyvinout nebo koupit větší aerodynamický kryt pro Falcon kvůli vyhovění požadavkům na některé armádní mise. Vyplatilo by se pak SpaceX vynášet satelity Starlink spíše na Falconu Heavy? Nelze to říct definitivně, protože nevíme, kolik by zvětšený kryt stál, zda bude znovupoužitelný a především, kolik satelitů Starlink by Falcon Heavy takto dokázal vynést. Budu předpokládat, že Falcon Heavy se zvětšeným krytem dokáže vynést 100 družic místo standardních 60, kryt bude stát 8 milionů dolarů a nebude znovupoužitelný. Pokud zároveň přibližně ztrojnásobíme náklady na výrobu a repasování stupňů a další související položky, vyjde nám, že cena za vynesení jedné družice klesne pod úroveň Falconu 9 až po asi sedmi startech.

Oficiální obrázek Falconu Heavy s prodlouženým krytem a obslužnou věží pro vertikální integraci nákladu (Zdroj: SpaceX)

Podle tohoto velmi hrubého výpočtu se tedy zdá, že Falcon 9 bude i tak lepší volbou. Navíc je nejspíš velké plus, že mezi starty je potřeba repasovat jen jeden stupeň místo tří, což spolu s obtížnější logistikou související s manipulací trojnásobného počtu stupňů zvyšuje počet potřebných pracovníků. Ale samozřejmě reálná čísla mohou být dost jiná, protože u Falconu Heavy a nového krytu je zatím stále moc neznámých.




Mohlo by se vám líbit...

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