Koncept padákového přistání raket rozhodně není žádná novinka. S jedním z návrhů přišla kupříkladu v 60. letech firma Boeing. Mělo to výrazně snížit cenu použití prvního stupně rakety Saturn V (S-IC).
Po 140 sekundách letu mělo dojít k odpojení prvního stupně, který by setrvačností vystoupal do výšky přes 100 km a pak by se začal vracet zpět do atmosféry. Nápor při průchodu atmosférou a vzdušné brzdy by snížily jeho rychlost tak, že ve výšce kolem 10,5 kilometru by stupeň dosáhl podzvukové rychlosti.
Ve výšce zhruba 9 500 metrů by se vystřelily čtyři výtažné padáky s průměrem 13,7 metrů, které by dále zpomalovaly přistávající stupeň. A ve výšce zhruba 4 500 metrů by se uvolnily čtyři hlavní padáky o průměru 36,6 metrů, které by rychlost přistávání snížily až na 109 km/h.
A jakou si tehdy představoval Boeing úsporu? Cena znovupoužitého prvního stupně měla klesnout na přibližně 25 % ceny stupně nového. Pokud do této ceny zapracujeme cenu za odtažení, manipulaci a statický zážeh, dojde k navýšení o 11 %.
Pokud cenu přepracování pesimisticky odhadneme 23 %, zjistíme, že cena znovupoužitého stupně bude 59 % ceny stupně nového. Samozřejmě s tím, že pokud dojde k zaběhnutí tohoto systému, může cena ještě klesnout. Tolik tedy plány a teoretické úvahy o ekonomické stránce celého procesu.
Návrh firmy Boeing na znovupoužitelnost prvního stupně rakety Saturn V
Více než teorie
Koncepty nezůstávaly jen na papíře. Došlo i k pokusu o záchranu prvního stupně rakety Saturn I v měřítku 1:12 po shozu z vrtulníku. Stupeň byl vybaven rogalem a k zemi doklouzal. Ani u zmenšených modelů raket nezůstalo.
V rámci letů amerických raketoplánů docházelo po vyhoření pomocných vzletových raket na tuhá paliva (SRB) k jejich pyrotechnickému oddělení. SRB setrvačností vystoupaly do výšky 66 km a začaly padat zpět k Zemi. Ve výšce 4,8 km došlo k odhození aerodynamické špičky a poté se vypustil výtažný padák a po něm stabilizační padák. Ve výšce 1,8 km se pak odhodil stabilizační padák a otevřely se 3 hlavní padáky o průměru 41,5 m. SRB přistály na padácích do oceánu rychlostí asi 25 m/s přibližně 260 km od pobřeží.
S jejich znovupoužitím to však nebylo slavné. Při nárazu do hladiny docházelo často k deformacím a dalším problémům. A i když byly okolnosti dopadu příznivé, na stavu SRB se taktéž podepsala slaná voda.
Přistání SRB do oceánu na padácích
Pokud bychom se chtěli podívat na ekonomickou stránku věci, tak podle příspěvku uživatele na serveru Quora stálo jejich znovupoužití třikrát víc, než kdyby byly vyráběny na jedno použití. V tomto období historie se tedy ukázalo, že znovupoužití raket je možné, ale rozhodně se nevyplácelo.
Zpět v 21. století
Ale opusťme už historii a přejděme ke konceptům a plánům firmy SpaceX, která se pokoušela o záchranu prvních stupňů pomocí padáků od samotného počátku. Falcon 1 byl už od prvního startu vybaven padáky, aby se jeho první stupeň mohl pokusit o přistání na hladině oceánu.
Při prvním startu bohužel došlo k selhání rakety už 25 sekund po startu a při třetí misi narazil první stupeň do druhého – v obou případech tedy nebylo možné pokusit se o přistání.
Starty Demo-2 a RatSat byly v tomhle směru šťastnější, k pokusu o použití padáků došlo, ale byly neúspěšné. Při pátém startu Falconu 1, misi RazakSAT-1, nebyl první stupeň padáky vybaven. Pro úplnost dodávám, že druhý stupeň nebyl na přistání připraven vůbec.
Pokusy s přistáním na padácích pokračovaly i při prvních startech Falconu 9. Obrázek níže toto znázorňuje velmi dobře – mezistupeň Falconu 9 byl vybaven padáky, aby umožnil dosednutí prvního stupně Falconu 9 na mořskou hladinu. Oba pokusy se nezdařily, došlo totiž k rozpadu prvního stupně při vstupu do atmosféry.
Mezistupeň Falconu 9 pro misi COTS-1 s padáky uloženými v černých balících
Agresivní voda
Jak už bylo řečeno výše, urychlovací bloky amerického raketoplánu dosedaly také na padácích na hladinu oceánu, ale nedá se to moc srovnávat. První stupeň Falconu na kapalná paliva má nepoměrně komplikovanější konstrukci než urychlovací blok na tuhé látky. SRB je vlastně ocelová trubka s tryskou. Palivo po zapálení odhořívá směrem od středu k okrajům.
I tak jednoduchý systém ovšem mořská voda poškodila. Lze si snadno představit jaké škody by napáchala na na prvním stupni Falconu 9. Nejspíše by to zcela znemožnilo či minimálně nesmírně prodražilo jeho znovupoužití.
Zkusme si ale ještě na moment hypoteticky představit, že by Falcon 9 na padácích přistával na pevnině. To bychom zase museli kromě padáků mít ještě nějaký další systém na zabrždění pádu. Něco, jako u Starliner firmy Boeing, který používá velké airbagy. Nebo systém podobný jako u lodi Sojuz, která má šest motorků na tuhé palivo. Výhodou motorického přistání Falconu je to, že motory jsou kromě přistání potřeba také pro start, takže samy o sobě nejsou „mrtvá váha“.
První stupeň z letu CRS-8 po úspěšném přistání na palubě ASDS OCISLY
Lepší mít všechny kusy stejné
Důvodů proti použití padáků se dá samozřejmě najít řada: z hlediska SpaceX byl jeden nejspíše i výrobní. Pokud chce někdy používat stupně v režimu na jedno použití a jindy (většinou) je zachraňovat, hodí se, když je mezi nimi co nejméně rozdílů.
V případě motorického přistání jsou hlavní rozdíly mezi oběma stupni v podstatě jen kormidla a rozkládací nohy. Pokud bychom naproti tomu chtěli vyrábět jednu variantu na jedno použití a druhou, která bude mít místa pro uchycení padáku zesílená, budeme si komplikovat výrobu.
Použití padáků by zároveň učinilo přistávací manévr složitějším, a zvýšilo pravděpodobnost, že se něco pokazí. Například proto, že zapotřebí není jen jeden padák. Při podobných manévrech se vždy postupně uvolňuje několik různých padáků po sobě. Dalším faktorem je to, že raketa by byla silně závislá na směru větru. Při motorickém přistání má vítr daleko menší vliv.
Když už máte motor připravený...
K zavržení padáků mohlo přispět i to, že bez využití motorů se tento postup stejně neobejde. Motor či motory se musí spustit, aby se stupeň zpomalil před návratem do atmosféry.
Pokud máte raketu, která je schopná se po separaci zorientovat potřebným směrem, restartovat motory a provést vstupní zážeh, chybí už docela málo k tomu, abyste zkusili pomocí motorů rovnou přistát. V září 2011 se tedy SpaceX rozhodlo, že se raději vydá cestou motorického přistání prvního stupně.
Článek vznikl pro server ElonX.cz. Před vydáním byl redakčně upraven. Originál naleznete zde.
