Falcon Heavy (FH) je nejsilnější variantou rakety Falcon. Poprvé jsme se o ní dozvěděli už v roce 2005, přičemž v roce 2008 byl první start plánován na rok 2013. Od té doby byla premiéra neustále odsouvána, ale letos konečně proběhlo finální testování a byl oficiálně oznámen termín startu. Už v první půlce února bychom se tedy mohli dočkat startu této obří rakety. Podívejme se na to, co je Falcon Heavy vlastně zač a také jak vypadala jeho trnitá cesta od rýsovacích prken k premiérovému startu. Zároveň se zamyslíme nad tím, jestli v dnešní době vůbec Falcon Heavy najde dostatečné využití.
O Falconu Heavy
Koncept Falconu Heavy je jednoduchý – v podstatě to jsou tři první stupně Falconu 9 smontované k sobě (Elon Musk však prozradil, že se tento úkol ukázal mnohem náročnějším, než původně čekal). Raketa disponuje 28 motory Merlin 1D (3 x 9 motorů na spodních stupních a 1 motor na horním stupni).
Základní údaje:
|
Po startu pojedou oba boční stupně na plný výkon a centrální stupeň naopak na co nejnižší výkon. Po několika minutách se boční stupně odpojí a centrální stupeň bude spolu s horním stupněm pokračovat dál, tentokrát už na plný výkon, načež se po čase také odpojí. Všechny tři spodní stupně se při každém letu nejspíše (při prvním pokusu určitě) pokusí přistát, aby mohly být znovu použity.
Falcon Heavy má zdaleka největší nosnost z celé rodiny Falconů a je schopen vynést slušný náklad i mimo Zemi. SpaceX však raketu neplánuje využít pro cesty na Mars, k tomu vyvíjí pokročilejší raketu BFR.
Historie
První zmínka o Falconu Heavy (dříve také nazýván Falcon 9 Heavy) se objevila vroce 2005, ještě před prvním startem Falconu 1. V roce 2011 SpaceX už mělo za sebou několik startů Falconu 9, a tedy i lepší představu o plánovaném Falconu Heavy. Firma zveřejnila video oznamující Falcon Heavy a první start odhadovala na rok 2012 z rampy SLC-4E na Vandenbergově letecké základně v Kalifornii, která tou dobou ještě nebyla postavena. K tomuto startu nikdy nedošlo.
Retro: Takto „Falcon 9 Heavy“ prezentovala firma SpaceX na ilustraci v roce 2011
První start z Mysu Canaveral byl v roce 2011 plánován na rok 2013, nebo 2014. Nakonec se však první hmatatelné důkazy toho, že SpaceX opravdu vyrábí první exemplář Falconu Heavy, začaly objevovat v roce 2016, kdy internet obletěly fotky aerodynamických špiček bočních stupňů a k Vánocům nám SpaceX nadělilo fotku mezistupně s logem FH.
V roce 2017 se pak podařilo fanouškům zahlédnout komponenty Falconu Heavy během převozu do texaského testovacího areálu v McGregoru a pak i na něm. Začínalo být jasné, že první start se nezadržitelně blíží. Všechny stupně včetně horního byly nakonec úspěšně otestovány a už v říjnu 2017 byly připraveny na Mysu Canaveral. Startu ovšem bránil stav rampy, která ještě nebyla kompatibilní s Falconem Heavy.
Historická LC-39A
Premiérový start Falconu Heavy měl původně proběhnout z rampy SLC-4E na Vandenbergově letecké základně. Proto je tamní obslužná konstrukce tak velká – je dimenzována pro Falcon Heavy. V průběhu let však došlo k přehodnocení těchto plánů a raketa bude v dohledné době startovat výhradně z rampy LC-39A na Mysu Canaveral. Tato rampa se nachází v Kennedyho vesmírném středisku a v minulosti z ní startovaly slavné mise Apollo a později také raketoplány. SpaceX si rampu v roce 2012 pronajalo od NASA a po provedení potřebných úprav se zde jejich první start uskutečnil v únoru 2017.
Už od začátku se počítalo s tím, že z této rampy bude létat i Falcon Heavy, ale její aktivace nakonec musela být uspíšena a proběhla dříve, než bylo původně plánováno. Důvodem byla nehoda Amos-6 na nedaleké rampě SLC-40, která také patří SpaceX a byla poničena při výbuchu Falconu 9 v září 2016. SpaceX tak nemělo žádnou funkční rampu na východním pobřeží, a tudíž urychlilo zprovoznění budované rampy LC-39A.
Daní za toto dřívější uvedení do provozu bylo, že rampa byla zpočátku schopná odbavit pouze Falcon 9. Aby z rampy mohl odstartovat Falcon Heavy, byly potřeba několikaměsíční dodatečné úpravy. Ty nakonec SpaceX z velké části provedlo postupně v prodlevách mezi starty Falconu 9. Společnost úpravy dokončila v prosinci 2017 a ještě před koncem roku pak došlo ke zkušebnímu vyvezení prvního kompletního exempláře Falconu Heavy na rampu.
Tankovací zkoušky a statický zážeh
Během ledna 2018 SpaceX provedlo hned několik tankovacích zkoušek Falconu Heavy na rampě. Bylo to poprvé, co firma zkoušela tankovat ekvivalent tří Falconů 9 najednou a navíc k tomu využívala zbrusu novou pozemní techniku, takže se to neobešlo bez problémů a nějaký čas zabralo vychytávání much. Testování však 24. ledna zakončil úspěšný statický zážeh, při kterém bylo vůbec poprvé zažehnuto všech 27 motorů Merlin najednou. Do té doby byly zkušebně zažehnuty jen jednotlivé stupně, neboť testovací areál v McGregoru není na zážeh kompletního Falconu Heavy vybaven.
Zhruba desetisekundový zkušební zážeh byl úspěšný, což následně potvrdil také šéf společnosti Elon Musk, který o pár dnů později oznámil také termín startu demonstrační mise – 6. února 2018.
Aiming for first flight of Falcon Heavy on Feb 6 from Apollo launchpad 39A at Cape Kennedy. Easy viewing from the public causeway.
Demonstrační mise
První let nového typu rakety s sebou vždy nese zvýšené riziko potíží. Falcon Heavy je sice v podstatě slepenec tří Falconů 9, ale přesto je jako celek v mnoha ohledech odlišný. Aerodynamické vlastnosti jsou úplně jiné, přibylo odpojení bočních stupňů a zároveň bude centrální stupeň úplně jinak namáhán, než tomu je v případě prvního stupně Falconu 9. Proto Elon Musk už dopředu varoval, že jelikož nejde úplně vše dopředu nasimulovat a otestovat, existuje relativně velká šance, že při demonstrační misi Falconu Heavy něco selže. Proto raketa při této misi neponese žádný užitečný náklad.
Tesla Roadster a skafandr SpaceX během uzavírání nákladu do aerodynamického krytu. Na snímku je jsou také vidět dvě kamery před vozem a z jeho levé strany. A pokud si hodně obrázek přiblížíte, možná uvidíte i malý model stejného vozu i s figurínou položený na přední desce.
U takovýchto testovacích letů se na rakety běžně umisťuje jen nějaké bezcenné závaží, které simuluje hmotnost nákladu, ale showman Musk se rozhodl vydat jinou cestou. Využil mediálně ostře sledovaný start Falconu Heavy k bezplatné reklamě pro svou druhou firmu Tesla, která vyrábí elektromobily. Raketa tedy nakonec vynese Muskův osobní elektromobil Tesla, jak jsme psali v předchozím článku.
Novinkou od té doby je, že za volantem automobilu bude sedět figurína ve skafandru (či maketě skafandru), který SpaceX chce používat pro posádku modulu Crew Dragon. Elon Musk nazval figurínu Starman (hvězdný muž / muž z hvězd), což by mohla být narážka na sci-fi film stejného názvu s Jeffem Bridgesem v hlavní roli, nebo na píseň Starman od Davida Bowieho. Druhá možnost je pravděpodobnější, neboť z této mise se vyklubala jakási pocta tomuto zesnulému zpěvákovi. Při startu totiž má hrát píseň Space Oddity a v novém videu o Falconu Heavy zveřejněném 5. února je slyšet další Bowieho píseň Life on Mars:
První Falcon Heavy
Co se týče konkrétní rakety, která poletí na této misi, je to tak trochu Frankensteinovo monstrum. Boční stupně jsou totiž už jednou použité – v roce 2016 absolvovaly mise Thaicom-8 a CRS-9 jako první stupně Falconu 9. Po přistání byly repasovány a modifikovány pro Falcon Heavy. Proslýchá se, že se jednalo o stupně staršího typu Block 2, které byly v rámci procesu repasování vylepšeny na Block 3.
Centrální stupeň je pak úplně nový a strukturálně se liší od běžného Falconu 9. Je zpevněn, aby lépe odolával dodatečnému namáhání, kterému jej budou během letu vystavovat boční stupně. Jedná se o stupeň typu Block 3. Horní stupeň je pak nejspíše ve variantě Block 3 nebo Block 4. Všechny budoucí Falcony Heavy však už budou složeny ze stupňů nejnovější varianty Block 5, která je zkonstruována s cílem snížit náklady na přípravu k dalšímu startu.
Za zmínku stojí také roštová kormidla, která pomáhají s naváděním rakety při přistání. Centrální stupeň disponuje klasickými hliníkovými kormidly, ale boční stupně jsou vybaveny novějším typem titanových kormidel. Podle neoficiálních zdrojů totiž aerodynamické čepičky bočních stupňů mění jejich aerodynamiku natolik, že potřebují účinnější typ titanových „směrovek“.
Letový profil a přistání
Falcon Heavy při startu zažehne všech 27 motorů Merlin 1D na spodních stupních, které zpočátku pojedou na plný výkon. Po nějaké době však budou motory na centrálním stupni přiškrceny. Po odpojení bočních stupňů tak bude v centrálním stupni zbývat palivo na to, aby mohl ještě nějakou dobu urychlovat horní stupeň. Předpokládá se, že po odpojení bočních bloků pojede centrální stupeň opět na plný výkon. Po odpojení centrálního stupně se zažehne vakuový motor Merlin a vynese Teslu Roadster na eliptickou heliocentrickou dráhu.
SpaceX se zároveň možná znovu pokusí o záchranu odhozeného aerodynamického krytu, který během letu chrání náklad na špičce rakety před akustickými a atmosférickými vlivy. Společnost už několik let pracuje na tom, aby s těmito kryty, které mají cenu několika milionů dolarů, mohla řízeně přistávat a následně je znovu použít.
Přistání jako takové bude divácky velice atraktivní. Oba boční stupně se po odpojení od rakety pokusí v podstatě současně přistát zpět na pevnině – na přistávacích plošinách LZ-1 a LZ-2 na Mysu Canaveral.
Centrální stupeň bude hořet déle, a tak bude v době odpojení od horního stupně příliš daleko od pevniny. Bude tedy muset přistát na autonomní mořské plošině Of Course I Still Love You, která bude čekat v Atlantském oceánu. Vzhledem k lehkému nákladu však centrální stupeň bude mít dostatek paliva na provedení zpětného zážehu, který stupeň výrazně zpomalí, a tak nebude muset přistávat moc daleko od pobřeží. Plošina OCISLY se bude nacházet jen nějakých 325 km od pobřeží Floridy (zhruba poloviční vzdálenost oproti běžným přistáním Falconu 9).
První stupeň z letu CRS-8 po úspěšném přistání na palubě ASDS OCISLY
SpaceX se tedy sice pokusí zachránit všechny tři stupně premiérového Falconu Heavy, ale znovu už je nepoužije. Pro boční stupně to bude již druhá mise a firma u stupňů těchto starších variant nepočítá s více než dvěma starty. Centrální stupeň sice letí poprvé, ale jelikož všechny budoucí Falcony Heavy budou složeny ze stupňů ve variantě Block 5, hlavním důvodem záchrany středového stupně při premiérové misi bude kromě dobrého PR (přistání tří stupňů najednou prostě bude spektakulární) také možnost následné analýzy stupně a ověření, že se s dodatečným mechanickým namáháním vypořádal podle očekávání.
Co když se něco nepovede?
Pravděpodobnost selhání Falconu Heavy během demonstrační mise je vyšší než u Falconu 9, takže se nabízí otázka, jak velký dopad na chod SpaceX by případná nehoda měla. Především bude záležet na tom, o jakou nehodu půjde. Pokud by například nějak selhalo oddělení bočních stupňů, což je věc specifická pro Falcon Heavy, tak by to na Falcon 9 nemělo mít velký vliv. Ale pokud půjde o problém, který by se mohl teoreticky týkat také Falconu 9, nemohla by tato menší raketa létat, dokud by se nezjistila příčina a problém se nevyřešil.
Proč to tak trvalo?
Falcon Heavy se často uvádí jako typický příklad neustálých odkladů SpaceX a nesplněných slibů Elona Muska. „Falcon Heavy poletí za půl roku” je mezi fanoušky SpaceX už legendární frází. Osobně si myslím, že neustálé odklady způsobila kombinace několika věcí.
Zaprvé, jak Elon Musk sám prohlásil, firma byla zpočátku poněkud naivní a myslela si, že vývoj Falconu Heavy bude v podstatě spočívat jen ve smontování tří Falconů 9 a bude hotovo. Jenže jak jsem popisoval výše, postupně se ukázalo, že to tak lehké nebude.
Otázkou také je, kolik času firma strávila vývojem původně plánovaného „crossfeedu“, což měl být způsob distribuce paliva napříč raketovými stupni během letu. Řešení by mělo ve výsledku zvýšit nosnost stroje, ale je tak technicky náročné, že ho dosud nikdo v praxi nevyvinul, a také SpaceX od tohoto záměru nakonec upustilo.
Situaci dále komplikoval také překotný vývoj Falconu 9. V době, kdy SpaceX představilo Falcon Heavy, byl založen na Falconu 9 v1.0, který je na míle vzdálený současné variantě v1.2 Block 4. Raketa má jiné uspořádání motorů (navíc motory samotné jsou dnes o dost pokročilejší a výkonnější), je mnohem vyšší, používá podchlazené palivo a první stupeň je schopen přistát a může být znovu použit.
Není tedy náhoda, že první Falcon Heavy se začal vyrábět, až když SpaceX mělo jasnou představu o finální podobě Falconu 9. Tou bude varianta Block 5, která bude mít premiéru možná už na jaře, a následně už vývoj raket Falcon víceméně ustane. Kdyby tedy SpaceX uvedlo Falcon Heavy do provozu třeba už před dvěma roky (což bylo dost možná technicky proveditelné), všechny změny Falconu 9 by musely být prováděny jakoby nadvakrát, neboť by měly vliv na všechny budoucí exempláře Falconu Heavy.
Falcon Heavy během na Mysu Canaveral před přepravou k rampě v prosinci 2017. Je poměrně dobře vidět 27 motorů Merlin, které nosič pohání.
Na zpoždění Falconu Heavy se podílel zřejmě také fakt, že neustálé vylepšování Falconu 9 zvyšovalo její maximální nosnost. Některé náklady, na jejichž vynesení byl původně objednán Falcon Heavy, bylo najednou možné vynést obyčejným Falconem 9. Příkladem jsou například loňské mise EchoStar 23 a Intelsat 35e - tito zákazníci na neustále odkládaný Falcon Heavy tedy vůbec čekat nemuseli.
V neposlední řadě pak s plány SpaceX pro Falcon Heavy zamíchaly dvě nehody Falconu 9 v letech 2015 a 2016.
Budoucnost Falconu Heavy
Možná si teď kladete otázku, jestli vlastně má Falcon Heavy ještě nějaký smysl. V současnosti neexistuje moc zákazníků, kteří by potřebovali vynést náklad tak těžký, že by jej nezvládl vynést levnější Falcon 9, a zároveň by už za pár let (ovšem „muskovských“ let, pozn.red.) mohla mít premiéru raketa BFR, která má zcela nahradit rakety Falcon a loď Dragon. Není tedy Falcon Heavy pro SpaceX jakási slepá ulička?
Nemyslím. Už proto, že reálné datum premiéry megarakety BFR je velkou neznámou stejně jako její cena. Elon Musk sice chce už za čtyři roky vyslat BFR na Mars a raketa má být díky znovupoužitelnosti levnější než Falcon 9, ale to jsou nepochybně příliš optimistické odhady a vývoj bude mít nejspíše nejméně několikaleté zpoždění.
Nicméně i kdyby se nějakým zázrakem SpaceX opravdu podařilo nastíněný harmonogram dodržet, pořád je před námi minimálně pět let, během kterých může Falcon Heavy létat (navíc Falcony budou létat ještě nějaký čas po premiéře BFR). A náklad pro něj bude.
Byť totiž řadu misí původně míněných pro Falcon Heavy nyní zvládne obsloužit menší Falcon 9, pro firmu má toto uspořádání velkou nevýhodu: vzhledem k hmotnosti nákladu u takových misí totiž není možné provést pokus o záchranu prvního stupně - a v takové situaci by mohlo být pro SpaceX výhodnější použít těžší Falcon Heavy.
Výroba stroje je sice dražší, ale jelikož i u velmi hmotných nákladů bude možné zachránit všechny tři spodní stupně, které pak firma může znovu použít; z dlouhodobého hlediska představuje takové řešení značné úspory a vyšší zisk. Náklady na palivo jsou v podstatě zanedbatelné a i ostatní náklady spojené s opětovným použitím Falconů ve variantě Block 5 by měly být výrazně nižší než dnes. Bez velkých oprav by je mělo být možné použít zhruba desetkrát, alespoň podle plánů SpaceX.
Ovšem už samotná existence Falconu Heavy, rakety s obrovskou nosností a velmi nízkou cenou, by mohla mít pozitivní vliv na vývoj celého odvětví. Momentálně jsme totiž v takovém začarovaném kruhu. Neexistují družice či jiné náklady, které by využily kapacitu Falconu Heavy, protože rakety schopné vynesení těžkých nákladů jsou v současnosti buď drahé (Delta IV Heavy), ve fázi vývoje (New Glenn), nebo obojí (SLS). A neexistenci těchto nákladů někteří berou jako argument proti vývoji silných nosičů, neboť se pro tyto rakety podle nich nenajde využití.
Levný Falcon Heavy by však teoreticky mohl motivovat kosmický průmysl k tomu, aby začal seriózně zvažovat projekty, které by při současné situaci nebyly profitabilní (kvůli drahé raketě), nebo nebyly technicky uskutečnitelné (neexistuje dostatečně silný nosič). Nemluvě o tom, že pokud se Block 5 osvědčí, SpaceX by mohlo postupně snižovat ceny svých raket ještě více, aby navýšilo poptávku. Otázkou však zůstává, jak moc pružný kosmický průmysl je a jak rychle se dokáže přizpůsobit nové situaci.
Nicméně i pokud se tento předpoklad nenaplní, Falcon Heavy najde využití minimálně párkrát ročně u misí s nákladem, který převyšuje maximální nosnost Falconu 9 v režimu se záchranou prvního stupně (zhruba 5,5 tuny na GTO). Příkladem takové mise je Hispasat 30W-6. Ta však odstartuje jen asi týden po prvním Falconu Heavy, takže poletí ještě na Falconu 9 a první stupeň bude zahozen do oceánu.
Falcon Heavy bude navíc v budoucnu použit pro mise STP-2, Arabsat 6A, ViaSat-3 a také pro oblet turistů kolem Měsíce.
Článek vznikl pro web ElonX.cz, který podrobně informuje o aktivitách firmy SpaceX. Před vydáním byl redakčně upraven, originál najdete zde.
Aktualizace: Do článku jsme doplnili nové video o Falconu Heavy s Bowieho písní Life of Mars, které se objevilo až po prvním vydání článku.
