Zrušené projekty SpaceX #3: Crossfeed neboli přečerpávání paliva mezi stupni Falconu Heavy

Start prvního Falconu Heavy (Foto: Brady Kenniston)

Jedním z dalších ohlášených a posléze opuštěných projektů SpaceX byl tzv. crossfeed pro raketu Falcon Heavy. Jedná se o unikátní a dosud nikdy nepoužitý způsob, jakým mělo docházet k přečerpávání paliva mezi postranními stupni a centrálním stupněm. Každý postranní stupeň měl kromě vlastních motorů zásobovat palivem a okysličovadlem také 3 motory stupně centrálního. Pouze zbylé tři motory měly být zásobovány z nádrží centrálního stupně. Při tomto postupu by v okamžiku odpojení bočních stupňů centrální stupeň spotřeboval pouze zhruba 15 % paliva a okysličovadla ze svých nádrží, což by znamenalo efektivnější způsob využití paliva a tudíž vyšší nosnost.

Nejdříve se podívejme do historie konceptu přečerpávání paliva mezi raketovými stupni. Už v roce 1947 přišel Michail Tichonravov s teorií paralelních stupňů. V jeho schématu byly použity tři paralelní stupně, ale motory v centrálním stupni byly zásobovány palivem z bočních stupňů, dokud ty nebyly vypotřebovány a odhozeny. Toto je efektivnější postup než stupňová raketa, protože motor ve druhém stupní není jen mrtvá váha. Později prováděli Sověti inženýrské studie porovnávající rakety se sekvenčními a paralelními stupni jak s přečerpáváním paliva mezi stupni, tak bez něj. Výsledkem této studie je potom raketa R7 (Semjorka), známá dnes jako Sojuz. Pro jistotu dodávám, že jde o verzi bez přečerpávání paliva mezi stupni. Pro úplnost je třeba dodat, že v roce 2015 se objevily plány použití technologie crossfeed i u plánované ruské rakety Angara-5V. Schéma celého postupu je zde.

Se samotnou ideou crossfeedu přišel potom v roce 1998 Tom Logsdon ve své knize Orbital Mechanics, Theory and Applications, kde jej nazýval Asparagus staging („chřestové stupňování”). V dubnu 2011 pak SpaceX oznámilo, že by u svého plánovaného super těžkého nosiče Falcon Heavy chtělo tuto technologii použít. Nebylo ovšem plánováno ji použít od prvopočátku, nejdříve mělo dojít k prvnímu letu FH a neprodleného vyřízení nasmlouvaných misí.

Jistě vás zajímá, o kolik se zvýší nosnost Falconu Heavy při použití crossfeedu. Bohužel se velice obtížně hledá nějaké číselné porovnání výkonu FH s crossfeedem a bez něj. Přesto jsem se pokusil do článku přidat alespoň pár dostupných odhadů. Berte prosím všechny údaje s rezervou, SpaceX z pochopitelných důvodů nechce prozrazovat své know-how a autor článku sebekriticky přiznává, že není schopen uváděné údaje vlastními silami ověřit. Zároveň se jedná o výpočty založené na starších verzích rakety, nikoli nejnovějšího Blocku 5.

Na Redditu uživatel /u/somewhat_brave provedl srovnání a pokusil se vypočítat, o kolik se zvýší nosnost rakety. Vyšlo mu, že nosnost Falconu Heavy, která se v letech 2016/2017 udávala jako 54 400 kg na LEO (22 200 kg na GTO), by s technologií crossfeed narostla až na 60 000 kg na LEO a 24 900 kg na GTO.

Existuje i jiný způsob vyjádření výhodnosti technologie crossfeed, autor tohoto článku z roku 2012 spočítal, že díky ní získá Falcon Heavy o 0,5 km/s vyšší delta-V než bez ní. Další odhadované výkony FH s crossfeedem je možné najít přehledně v následující tabulce od uživatele /u/ProjectThoth. Základní verze (FH – No Crossfeed) vychází z nosností uváděných v roce 2011. FH-R pak značí znovupoužitelnou variantu rakety. Oba neoficiální výpočty přínosu crossfeedu tedy odhadují zvýšení nosnosti o 10–15 %. Pro srovnání přikládám hodnoty pro aktuální verzi Falconu Heavy bez crossfeedu.

Vypočítaná tabulka nosnosti Falconu Heavy s crossfeedem a bez (Autor: /u/ProjectThoth)

Aktuální nosnost Falconu Heavy Block 5

Crossfeedu se však nakonec nejspíš nikdy nedočkáme. Postupem času totiž v důsledku nárůstu výkonu motorů Merlin a přechodu na upgradované varianty Falconu 9 došlo k tomu, že nosnost Falconu Heavy narostla o 17 % na 63 800 kg na LEO a 26 700 kg na GTO, a to i bez technologie crossfeed, která tak už vlastně ani není potřeba. V roce 2016 pak Elon Musk oznámil, že crossfeed nebude použit a místo toho po startu FH dojde k přiškrcení tahu centrálního stupně, který naběhne na plný výkon po odpojení bočních stupňů. Stejným způsobem mimochodem funguje i raketa Delta IV Heavy.

Falcon Heavy s viditelně přiškrceným centrálním stupněm (Foto: Brady Kenniston)

Osobně se domnívám, že pokud by SpaceX momentálně nesměrovalo své úsilí k raketě Starship-Super Heavy (BFR), asi by se o implementaci crossfeedu u FH pokusilo, ale protože u BFR tato technologie už z principu nemá smysl a raketa stejně časem FH zcela nahradí, crossfeed byl už asi navždy odložen.

< Předchozí část Následující část >

Předchozí díly seriálu:

Jiří Hadač
Latest posts by Jiří Hadač (see all)



Mohlo by se vám líbit...

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