SpaceX není zdaleka jedinou firmou, která má v plánu na oběžné dráze vybudovat celosvětovou síť pro přístup k internetu. Mezi další firmy, které Starlinku konkurují nebo chtějí konkurovat, patří kupříkladu SES O3b či OneWeb. Ovšem patrně nejvýznamnějším vyzyvatelem a konkurentem se v budoucnu stane síť Kuiper, kterou chce postavit společnost Amazon.
Síť Kuiper by se měla skládat z 3 236 družic rozmístěných ve třech orbitálních slupkách, které se budou nacházet ve výškách 590, 610 a 630 km nad hladinou moře. Jednotlivé dráhy se nebudou lišit jen pracovní výškou, ale i počtem družic v nich rozmístěných a sklonem vůči rovníku.
Pokud bychom na tomto místě měli provést malé srovnání se sítí Starlink, konkrétně s její první částí, která se má skládat z 4 408 družic, je možno říct, že síť firmy Amazon bude prakticky umístěna ihned nad nejvýše provozovanou slupkou sítě SpaceX. Nejvyšší oběžná dráha Starlinku se nachází 570 km nad zemí a o 20 km výše budou rozmístěny družice sítě Kuiper. Díky podobné nadmořské výšce budou mít obě satelitní sítě i podobné zpoždění signálu. Takže na tomto místě nelze říct, která konstelace bude lépe sloužit koncovým uživatelům.
Plán rozmístění družic sítě Kuiper na oběžné dráze v porovnání s plánem rozmístění prvních 4 408 družic sítě Starlink.
Další srovnání konstelací je možno provést na základě sklonu oběžných drah. Z něj je patrné, že síť Kuiper nemá prozatím v plánu, na rozdíl od SpaceX, pokrýt svým signálem každý kout naší planety. Síť Kuiper tak bude patrně nezachytitelná ve vyšších zeměpisných šířkách. Pokud bychom si celý problém převedli na pokrytí naší staré dobré Evropy, lze odhadovat, že signál sítě Kuiper může dosáhnout přibližně na nejsevernější hranici Německa, která se nachází přibližně na 55° severní zeměpisné šířky.
To však nemusí být na škodu, protože když se podíváme na rozmístění lidské populace na celé Zemi, lze od oka říci, že i tak zvládne síť Kuiper pokrýt nejlidnatější části světa. Z tohoto důvodu SpaceX v případě Starlinku také prioritizovalo pokrytí té samé oblasti. Avšak Starlink bude později zahrnovat také orbitální slupku, která bude obíhat na polárních drahách, čímž SpaceX pokryje zbytek povrchu Země.
Kde má jednoznačně v současnosti síť Starlink náskok, je čas. S plánem na výstavbu satelitní sítě přišlo SpaceX již v lednu roku 2015. První prototypy budoucích satelitů Starlink nazývané Tintin firma vynesla na oběžnou dráhu v únoru 2018. Za rok a tři měsíce, tedy v květnu 2019, následovala první předsériová várka družic Starlink typu v0.9. A od listopadu 2019 firma začala s pravidelnými vynáškami sériových družic. Do dnešních dnů dopravilo SpaceX na oběžnou dráhu přes 2 300 družic.
Plány Kuiperu
V dubnu 2019 se světová kosmonautická veřejnost poprvé dozvěděla o tom, že firma Amazon má v plánu vytvořit satelitní konstelaci Kuiper. To, že tato konstelace na rozdíl například od projektu OneWeb nebude mít nouzi o peníze, bylo jasné od prvopočátku. Stojí za ní Jeff Bezos, zakladatel Amazonu a jeden z nejbohatších lidí na světě. Už v červnu 2020 bylo oznámeno, že Amazon do své konstelace investuje více než 10 miliard dolarů.
V polovině téhož roku obdržela firma Amazon povolení od Federálního komunikačního úřadu (FCC), který stanovil, že polovinu všech plánovaných družic musí firma dopravit na oběžnou dráhu do poloviny roku 2026 a celou konstelaci musí mít hotovou do roku 2029. Mimochodem, ekvivalentní termíny platné pro SpaceX jsou roky 2024 a 2027.
Co patrně nejvíc veřejnost zajímá, je termín, kdy Amazon zahájí vynášku své konstelace. Jako první by se na oběžnou dráhu měly vydat dva prototypy nazývané KuiperSat-1 a 2.
Vývojová verze rakety RS-1
Na cílovou dráhu by je měl dopravit nosič RS-1 firmy ABL Space Systems. Jde o raketu s nosností přibližně 1,3 tuny na nízkou oběžnou dráhu, která na svůj první start stále čeká. Podle startovního povolení by se inaugurační let měl odehrát mezi polovinou února a koncem července letošního roku. Někdy koncem roku by měl následovat již zmíněný start s testovacími družicemi systému Kuiper. Kdy budou následovat první vynášky družic určených pro ostrý provoz, však zatím není jasné, firma Amazon odmítla na tuto otázku odpovědět.
Co je však již jisté, je to, které raketové nosiče vynesou na oběžnou dráhu celou konstelaci Kuiper. Jsou celkem čtyři a první z nich byl oznámen již v dubnu loňského roku. Tehdy si totiž Amazon zakoupil u firmy United Launch Alliance (ULA) devět startů na dosluhující raketě Atlas V. Finanční podrobnosti této zakázky nebyly zveřejněny, ale protože ceník raket Atlas V začíná na částce 109 milionů, lze odhadnout, že Amazon za tyto mise zaplatí kolem 1 miliardy dolarů.
Od té doby bylo ticho po pěšině, až nyní vybuchla doslova bomba. Počátkem dubna letošního roku totiž bylo oznámeno, že si firma Amazon zaplatila dalších 83 startů, které jí umožní dopravit družice systému Kuiper na oběžnou dráhu. 38 z nich získala firma ULA se svou raketou Vulcan, v 18 případech se vynášené družice svezou na evropské Ariane 6 a dalších 12 startů uskuteční raketa New Glenn firmy Blue Origin (Blue Origin má navíc opci na dalších 15 startů). Odhaduje se, že cena za všech 83 nově oznámených startů přesáhne částku 10 miliard dolarů. Mimochodem, Eric Berger ze serveru Ars Technica odhaduje, že cena možná je přibližně trojnásobně vyšší, než kdyby si firma Amazon nechala zakázku vynést raketami firmy SpaceX.
Všechny nasmlouvané starty by se měly uskutečnit během pěti let. Snad není ani třeba dodávat, že se jedná absolutně o největší kontrakt v dějinách komerční kosmonautiky. Firma Amazon navíc zadotuje vývoj a výrobu speciální platformy, která umožní vynesení družic Kuiper na raketě Vulcan. Možná vás také bude zajímat, kolik družic bude každý ze zmiňovaných nosičů schopen vynést na oběžnou dráhu. Pokud jde o raketu Vulcan, ta při jedné misi dopraví na orbitu 45 družic, v případě New Glennu je to 61 družic a evropská Ariane 6 bude schopna vynést 35-40 satelitů. Z toho mimochodem vyplývá, že jedna družice Kuiper zřejmě bude mít hmotnost přes půl tuny, což je zhruba dvakrát více než současné družice Starlinku (druhá generace však má být větší a těžší).
Na tomto místě bude patrně dobré věnovat i několik slov nosičům, které konstelaci Kuiper dopraví na oběžnou dráhu. S výjimkou Atlasu V totiž jde o nevyzkoušené a zatím neletěné rakety. Začneme od Evropy, protože případ Ariane 6 je poměrně nejsnadnější. Jde o raketu, kterou vyvíjí firma ArianeGroup a měla by být schopna dopravit až 21,5 tuny na nízkou oběžnou dráhu a 11,5 tuny na dráhu přechodovou ke geostacionární. Tento nosič by měl nahradit svého předchůdce, raketu Ariane 5, která byla dlouhé roky tažným koněm komerční kosmonautiky a vynesla do vesmíru stovky různých družic. Byla však relativně drahá, cena za jeden její start se mohla vyšplhat až na 185 milionů eur. Naproti tomu Ariane 6 by měla být nabízena za maximální cenu 115 milionů eur. Tato raketa by se měla poprvé do vesmíru vypravit na konci letošního roku.
Statický test boosteru P120C na tuhé látky, který bude urychlovat raketu Ariane 6 v roce 2019
Aby však Ariane 6 mohla dostát uzavřenému kontraktu a při jednom startu vynést plánovaný počet družic Kuiper, budou pro ni muset být vyvinuty vylepšené pomocné urychlovací boostery na tuhé pohonné látky. Místo plánovaného boosteru P120C tak bude firma používat booster P120C+. Co to znamená v praxi? Přibližně o metr se prodlouží délka trupu a urychlovací booster tím pádem pojme přibližně o 14 tun paliva více. Díky těmto úpravám bude raketa Ariane 6 schopna vynést na oběžnou dráhu přibližně o 2 tuny těžší náklad.
Případ zbývajících nosičů je poměrně komplikovanější. Oběma raketám jsme se na tomto serveru již věnovali, New Glennu zde a raketě Vulcan zde, proto si celou situaci vysvětlíme jen v krátkosti. První z nosičů vyvíjí firma Blue Origin, kterou vlastní Jeff Bezos, jenž založil i Amazon. New Glenn bude poháněn metanovým motorem BE-4, který je vyvinutý a vyráběný přímo společností Blue Origin.
Motor BE-4 společnosti Blue Origin pro raketu Vulcan
Stejný motor by pak měl používat i nosič Vulcan firmy ULA. A právě tento motor je hlavním problémem, který už způsobil řadu odkladů minimálně jednoho z těchto nosičů. Podle původních plánů měl být letuschopný motor připraven již v roce 2017. Momentálně se píše rok 2022 a odhaduje se, že první letové exempláře obdrží firma ULA nejdříve v polovině letošního roku. Kvůli tomu je první start rakety Vulcan očekáván nejdříve koncem letošního roku, i když původně měla tato raketa letět už v roce 2019. Jakékoliv zpoždění by pak mohlo premiéru rakety Vulcan přesunout až do příštího roku.
A protože stejný motor bude pohánět i raketu New Glenn a první dodávky nových motorů obdrží konkurence, není překvapivé, že firma Blue Origin musí před premiérou vlastní rakety upřednostnit první let naštvané a jejich vlastní vinou zpožděné konkurence. Premiéra New Glennu proběhne oficiálně nejdříve v roce 2023, avšak například server Ars Technica je výrazně pesimističtější a uvádí, že inaugurační let rakety New Glenn se uskuteční nejdříve za dva roky.
Maketa prvního stupně rakety New Glenn na Floridě v listopadu 2021.
Když jsme o několik odstavců výše zmiňovali, že teprve vyvíjená raketa Ariane 6 bude muset podstoupit dodatečné úpravy, aby mohla vynést náklad společnosti Amazon, bude dobré uvést, že podobné úpravy se nevyhnou ani firmě ULA. Výkon jejích raket je sice dostatečný, avšak nedostatečný je počet raket, které firma plánuje vyrobit za rok. Aby dostála smluvním závazkům, bude muset výrobní tempo výrazně zvýšit.
Šéf firmy ULA Tory Bruno uvádí, že očekává přibližně 20–25 startů za rok. V podstatě půjde o zdvojnásobení původně odhadované frekvence startů, což pro firmu znamená zdvojnásobit všechnu potřebnou infrastrukturu. Firma bude muset postavit novou mobilní startovací rampu, druhou vertikální integrační věž a bude muset také zakoupit druhou loď, která bude z Alabamy dopravovat na Floridu raketové stupně.
Rozměrová a hmotnostní maketa prvního stupně rakety Vulcan s dvěma neletovými exempláři motorů BE-4 v srpnu 2021.
Samozřejmě i různí dodavatelé součástek budou muset zrychlit pracovní tempo. Kupříkladu firma Aerojet Rocketdyne, která pro druhý stupeň rakety Vulcan vyrábí motory RL-10, již obdržela obří zakázku na dodání 116 motorů. Firma ULA také vyvine nový druhý stupeň Centaur, který bude optimalizovaný pro lety na nízkou oběžnou dráhu. Jak vidno, firma ULA hodlá svým závazkům dostát za každou cenu.
Za zmínku stojí také to, že z obřího startovního kontraktu byly vynechány rakety SpaceX, i když je například Falcon 9 nejlevnější, nejspolehlivější a nejaktivnější raketou současnosti. Samozřejmě, Amazon určitě neoplývá ochotou podporovat konkurenci, ale údajně se nebrání myšlence využít v budoucnu i další firmy pro vynesení družic Kuiper. Inu, například vyvíjená mnohonásobně použitelná raketa Starship bude svou kapacitou a cenou pravděpodobně velkým lákadlem. A jak známo, Elon Musk se nikdy nebránil myšlence pomáhat konkurenčním firmám při výstavbě jejich satelitních konstelací. Dokázal to vynáškou družic Iridium či uzavřenými kontrakty na vynesení družic konkurenčních konstelací O3b či OneWeb.
Umělecká představa rakety RS1 s testovacími družicemi Kuiper.
Co říci závěrem? Při prostém srovnání termínů prvního startu prototypových družic sítě Starlink a Kuiper můžeme jednoznačně prohlásit, že firma Amazon je přibližně o 4 roky pozadu oproti aktivitám SpaceX. Navíc skoro všechny rakety, které mají vynášet její družice (s výjimkou Atlasu V), zatím nikdy neletěly a v případě skluzu by to mohlo znamenat i odklady při budování sítě Kuiper.
Protože jedna věc je uskutečnit první úspěšný start nové rakety, druhá pak odladit případné zjištěné vady a třetí rozběhnout opravdu sériovou výrobu pro pravidelné a časté starty. Navíc tyto nové rakety mají kromě Amazonu domluveny i jiné zákazníky, pro které mají vynést náklad na oběžnou dráhu. Zvlášť kritickým bodem je start prototypových družic Amazonu na naprosto neodzkoušené raketě, protože teprve až po testech těchto zkušebních družic bude moct Amazon finalizovat design svých družic a upřesnit harmonogram vynesení své satelitní konstelace na orbitu.
V případě problémů či odkladů dosud nasmlouvaných raket by patrně bylo ze strany Amazonu nejrozumnější, aby využil služby SpaceX, i když je to konkurent. Pokud se například zdrží nosič RS-1, zkušební družice KuiperSat by jistě bylo možné vynést například na některé ze sdílených misí Transporter firmy SpaceX.
Cena je nízká, termíny startů jsou poměrně spolehlivé a cílová dráha bude dozajista vhodná pro testy spojení, pohonu či antén. Za zmínku stojí také fakt, že nadpoloviční množství družic Kuiper bude vyneseno raketami závislými na motoru BE-4. Jakékoli problémy při vývoji, výrobě či provozu těchto motorů tak mohou mít velmi neblahý vliv na harmonogram vynášení družic Amazonu.
Text byl převzat z portálu ElonX. Před vydáním byl redakčně upraven. Originál najdete zde.
