Létání do vesmíru je obchod s obratem v řádech stovek miliard dolarů ročně. Významnou část platí armády, ale nejen ony: komerční subjekty zaplatily podle nezávislých odhadů za nákup satelitních služeb v roce 2015 téměř 100 miliard dolarů.
Celý obor i nadále počítá s dalším růstem, a tak se poměrně intenzivně investuje. Hned v několika ohledech tedy „kosmický průmysl“ prochází výraznými změnami.
Levnější letenky
Samotné lety do vesmíru představují jen velmi malou část výdajů v rámci obchodního využívání kosmu (cca kolem pěti procent z celkové částky, tedy šest miliard dolarů), právě v této oblasti jsme se v posledních letech dočkali jedné velké změny. Ceny výrazně poklesly, a v podstatě za to může jeden jediný hráč: SpaceX.
V září 2008 se této společnosti jako první soukromé firmě povedlo vypustit na oběžnou dráhu raketu na tekuté palivo. Jednadvacet metrů vysoká Falcon 1 pojmenovaná podle lodi Millenium Falcon z Hvězdných válek se do vesmíru dostala až na čtvrtý pokus, už při následujícím startu ovšem nesla malajský satelit. Falcon 1 ovšem nesplnil obchodní očekávání, protože trh s malými satelity se nikdy nerozjel.
Proto SpaceX rychle přistoupila k přípravě nástupce, rakety Falcon 9. Ta je vysoká pětapadesát metrů a na nízkou oběžnou dráhu byla s to dopravit necelých deset a půl tuny nákladu. Nejnovější verze nosiče s přídomkem Full Thrust tamtéž vyzvedne 22,8 tuny a na geostacionární orbit (GEO) ve výšce cca 36 tisíc kilometrů pak 8,3 tuny nákladu. Rakety s logem SpaceX tedy jsou schopny vynést i družice, které zajišťují televizní vysílání a další páteřové telekomunikační služby, které představují hlavní komerční artikl oboru.
Experimentální modul Grasshopper, na kterém SpaceX ověřovala technologii řízeného návratu prvního raketového stupně, během letu v prosinci 2012
SpaceX ceny za start na nízkou oběžnou dráhu stlačila pod 60 milionů dolarů a ostatní dodavatelé museli reagovat. Ceny snížil třeba evropský Arianespace, kde starty podle neoficiálních údajů ještě v prvních desetiletí 21. století vycházely údajně i na 100 milionů dolarů. Pod tlakem se ocitli i Rusové, kteří navíc mají potíže i se spolehlivostí jinak dlouhodobě velmi dobře fungujících Protonů.
Prvním geostacionárním satelitem vypuštěným na nosiči soukromého výrobce se v prosinci 2013 stala družice SES-8 z flotily lucemburského satelitního operátora SES Astra. Od června 2010 rakety řady Falcon vystartovaly již pětadvacetkrát, nejčastěji právě s nákladem soukromých společností. Úspěšnou řadu přerušila exploze Falconu 9 na startovací rampě 1. září 2016. Firma tvrdí, že se jí podařilo příčinu odhalit a také ji napravit. Podniknutá opatření evidentně přesvědčila i expertní dohled a firma získala povolení startovat s dalším satelitem na 16. prosince.
SpaceX evidentně počítá s tím, že v trendu se bude pokračovat díky úsporám na výrobních nákladech. Firma chce spořit snižováním jednotkových nákladů na výrobu díky zvyšování celkového počtu vyrobených kusů a ještě radikálněji vícenásobným využíváním nejdražších dílů - jak jsme ostatně na Technetu už psali.
Vývoj této technologie je přímočarý. Konstruktérům ze SpaceX se zprvu zdál nejjednodušší návrat na padácích a recyklace nosných raket pro opětovné použití. Nepřišli ovšem na to, jak první stupeň ochránit před vysokými teplotami při vstupu do atmosféry. Další snažení tedy napjali směrem k řízenému sestupu rakety pomocí k tomu určených motorů. Ubrzdit první stupeň rakety vracející se z oběžné dráhy se SpaceX povedlo sice až napotřetí, a to 21. prosince 2015, ale stejně šlo o historický úspěch.
SpaceX odhaduje, že by ceny za vynesení mohly s využitím použitých prvních stupňů klesnout rychle zhruba o 30 procent, někteří analytici jsou optimističtější. Ale nejlepší bude si počkat, jak se tento stále dosti náročný manévr bude v běžném provozu dařit.
Jízda na plazmatu
Od základů se každopádně nemění jen technologie vypouštění satelitů, ale i ony samy. Geostacionární telekomunikační satelit obvykle váží mezi čtyřmi a půl a šesti tunami, přičemž víc než polovinu této hmotnosti tvoří palivo. Poslední stupeň nosné rakety se totiž odpojí ve výšce kolem 200 kilometrů poté, co družici nasměroval na eliptickou oběžnou dráhu, která nakonec protne geostacionární orbit ve výšce 35 786 kilometrů nad rovníkem. Tam se družice ovšem musí dostat vlastními silami, přičemž těchto přechodných oběhů Země je nutné absolvovat několik, než satelit dostane správnou rychlost a úhel letu, aby se na GEO udržel.
K tomuto účelu je běžná telekomunikační družice vybavena několika reaktivními motory na kapalné palivo, kterého naprostou většinu spálí při cestě na místo určení. Zbytek bude potřebovat k občasným korekcím kurzu – přestože pohledem ze Země stojí na jednom místě, ve skutečnosti ji obíhá přesně stejnou úhlovou rychlostí, jakou se naše planeta otáčí kolem vlastní osy. Po uplynutí typicky patnáctileté doby životnosti se satelit navíc musí sám přesunout na takzvaný hřbitovní orbit za geostacionární dráhou.
Ukázka iontového pohonu: sonda GOCE na oběžné dráze Země. Její nezvykle aerodynamický tvar je dán tím, že se pohybovala (zanikla 11.11.2013) po velmi nízké oběžné dráze (cca 250 km nad Zemí), takže musela počítat s odporem tzv. termosféry
Klasické raketové motory to všechno zvládly dobře, ale měly jednu velkou nevýhodu: palivo je velmi těžké. V posledních letech jsou proto i komerční družice vybavovány tzv. elektrickým pohonem čili iontovými či plazmovými motory. Ty produkují postupně urychlovaný paprsek kladně nabitých atomů, zpravidla xenonu v plynném stavu. Takzvaná ionizace probíhá v ústrojí, v němž je vzniklé plazma následně urychleno v magnetickém poli a rychlostí až 50 km/s opouští trysku motoru - čímž samozřejmě tlačí satelit opačným směrem.
Roli hrají i rozměry. Geostacionární telekomunikační družice totiž má obvykle tvar krychle o délce až dva metry, iontový pohon ale zabere jen desetinu místa, které vyžaduje chemický motor a palivové nádrže. Satelit si vystačí s jen malou zásobou plynu, přičemž elektřinu k ionizaci si vyrobí sám solárními panely. Menší váha a rozměry, respektive více místa pro telekomunikační vybavení, opět znamenají nižší náklady, pročež do konce dekády prý bude až polovina všech telekomunikačních družic vysílajících z GEO poháněná nějakým druhem elektrického pohonu.
Rychlost nabírá takto poháněný stroj postupně a pomalu, namísto dnů mu cesta od odpojení orbitálního stupně nosiče k místu určení na GEO trvá měsíce. To je ovšem jen malá daň za operační životnost delší o dva roky i více. Ta totiž není limitována jen životností komponentů družice, ale také množstvím tekutého paliva, kterého satelit pobere jen omezené množství. Přesun na GEO přitom možná stejně převezmou kosmické obdoby remorkérů. Již se vyvíjejí elektricky poháněné tažné sondy, které satelit vyzvednou na přechodné oběžné dráze a dotlačí na GEO. Vedle toho budou moci nést zásobu tekutého paliva či xenonu, kterým družici přes robotické rameno „dotankují.“
Skládačka ve vesmíru
Od návrhu po vypuštění telekomunikační družice uplyne tři až pět let. To je v době překotného rozvoje technologií poměrně dlouhá doba, během které se potřeby zákazníka či nároky trhu mohou významně proměnit. Výrobci jako Airbus Defense and Space (dříve Astrium) či Boeing Satellite Systems proto družice stále více sestavují na principu stavebnice, což podobně jako v automobilovém průmyslu šetří peníze i čas nutný na vývoj stoje. Co však jednou vypustíte na oběžnou dráhu, s tím musíte dalších patnáct let vystačit. Nebo ne?
Design družic blízké budoucnosti bude modulární až do té míry, že umožní jednotlivé komponenty měnit přímo za letu. A pomocí robotických sond, které buď krátkodobě zakotví na družici za účelem výměny či doplnění potřebného dílu, anebo se na pár let se satelitem přímo spojí, aby svými přístroji rozšířily jeho funkcionalitu. Až jí nebude zapotřebí, oba stroje se zase rozpojí a pomocná sonda bude pokračovat k jiné družici. Takovýto robot bude vlastně jen nosičem přístrojů, které mu lze posílat se Země přibalené k nově vypuštěnými družicím.
Výše popsaný scénář je zatím jen hudbou budoucnosti, byť jsou jednotlivé prvky potřebné technologie k dispozici a nasazovány například na Mezinárodní vesmírné stanici. Výkon a flexibilita vysílání moderních satelitů se ovšem zásadně zvedají již dnes. Družice bývaly vypouštěny s víceméně pevným nastavením transpondéru, tedy jejich srdce, které přijímá signál ze Země, zesiluje jej a v jiném kmitočtu vysílá zpátky na povrch. Mimořádně výkonné počítače na palubě nejmodernějších strojů však umožňují okamžitě upravovat parametry vysílání podle aktuálních potřeb vysílatelů. Tím je efektivněji využito „hardware“ družice, což může i o řád a více zvýšit výslednou vysílací kapacitu. Také se stává zbytnou až tuna filtrů signálu, frekvenčních konvertorů a dalších přístrojů.
V příštích letech tedy bude každopádně docházet k významnému snižování nákladů na výrobu, vypuštění a provoz telekomunikačních satelitů na GEO i nižších orbitech. Poskytovatelé satelitní televize, internetu a dalších služeb budou levněji vysílat, navíc se standardem stává připojení na odlehlých místech i v dopravních prostředcích včetně letadel a lodí. Satelit proto zůstane páteří telekomunikační infrastruktury, vysílání přes oběžnou dráhu bude dostupné i krátkodobě na vyžádání podobně jako dnes různé on-line služby. Samotné stroje budou stále výkonnější, což také bude nutné při stále rostoucím objemu dat, která si lidstvo mezi sebou vyměňuje.
