Psaní o budoucnosti kosmonautiky má proti jiným tématům seriálu Svět 2038 tu výhodu, že ji všichni máme v živé paměti. Viděli jsme ji tento týden, když se do vesmíru poprvé dostala raketa Falcon Heavy.
SVĚT 2038aneb Život za 20 let U příležitosti 20. výročí iDNES.cz jsme se rozhodli podívat do budoucnosti. V uceleném seriálu článků vám po celý rok 2018 nabídneme různé pohledy, jak by mohl vypadat svět v roce 2038. Homepage projektu najdete na adrese www.idnes.cz/svet2038  |
Raketové nosiče společnosti SpaceX totiž dokonale ztělesňují ten nejdůležitější trend, který v příštích letech uvidíme: snižování ceny. Létání do vesmíru za 20 let nebude zásadně jiné než dnes, ale odhadujeme, že bude výrazně levnější. Dost možná ale ne o tolik levnější, kolik optimisté předpokládají.
Výrazné zlevňování už totiž zažíváme dnes. Na konci 20. století se za kilogram nákladu dopraveného na nízkou oběžnou dráhu (LEO) platilo podle odhadů kolem dvaceti tisíc dolarů (zdaleka ne všechny ceny jsou veřejné, takže jde o odhad). V roce 2015 to bylo v průměru kolem pěti tisíc dolarů za kilogram.
Na první pohled se může zdát, že premiérový start Falconu Heavy znamená další radikální pokles. S Falconem Heavy je nákladová cena dopravy kilogramu nákladu na nízkou oběžnou dráhu kolem 1 500 dolarů (plus 90 milionů dolarů za raketu s nosností cca 60 tun na LEO). Vícenásobné použití nejdražší části rakety, tedy prvního stupně, který představuje zhruba 70 procent její celkové ceny, by pak mělo tuto cenu ještě snížit, byť za současného snížení nosné kapacity až na 30 tun užitečného zatížení. Je totiž nutné počítat s pohonnými hmotami pro návrat všech tří dílů prvního stupně.
Asi vás ovšem nepřekvapí, že v praxi ceny neklesnou ze dne na den (koneckonců firma SpaceX by byla sama proti sobě). Dokládá to rozpočet prvního placeného letu Falconu Heavy, kterým bude mise STP-2 (Space Test Program-2), jehož zadavatelem je americká vláda, konkrétně její vojenské letectvo.
Co bude dál? SpaceX triumfuje, ale na záda se jí tlačí konkurenceÚspěšný start Falconu Heavy ohromil celý svět. Ale co se nejen ve SpaceX chystá dál? Máme pro vás přehled nejbližších událostí, které lze v následujících měsících a letech očekávat.  |
V případě, že vše půjde plánu, a raketa dopraví včas veškerý náklad tam, kam má, americké vojenské letectvo zaplatí SpaceX téměř dvojnásobek zatím běžně uváděné ceny Falconu Heavy. Přesně to bude160,9 milionu dolarů (tj. cca čtyři miliardy korun). Důvodů je několik.
Tím prvním jsou drahé a soustavné kontroly. Zadavatel letu vyžaduje neustálé prověřování, které navíc musí provádět jiné subjekty než samotný SpaceX. Letectvo tak bude mít neustálou kontrolu nad tím, jak přípravy probíhají, jaké by mohly být potenciální problémy atp., a to samozřejmě od (drahých) externích nebo i vlastních odborníků, které musí samo zaplatit.
Druhou příčinou je složitost samotného letu. Většina letů už dnes (a v budoucnosti asi ještě ve větší míře, o tom i dále) má poměrně komplikovaný program. Podívejme se na chystaný vojenský let STP-2, který je dobrou ukázkou věcí budoucích: Falcon Heavy během něj má vynést do vesmíru více než dvě desítky satelitů, od experimentálních modulů pro zkoušky nových satelitních technologií až například po malou sluneční plachtu LightSail 2.
Pro všechny části se musí nejen najít v nákladovém prostoru místo, ale samozřejmě také zajistit, aby se nepoškodily a všechny vypustily ve správnou chvíli. Což je o to komplikovanější, že družice skončí ve třech různě velkých skupinách na třech různých oběžných drahách.
Raketa Falcon Heavy startuje na svou první cestu 6.2.2018 ve 21:45.
Pod 1 000 dolarů za kilogram?
Druhý stupeň Falconu musí nejprve vypustit 12 družic na nízké oběžné dráze Země, pak se přesunout na vyšší, kruhovou dráhu o s výškou zhruba 720 kilometrů nad Zemí, kde vypustí 11 dalších kusů nákladu (včetně šesti identických satelitů COSMIC-2 pro předpovídání počasí a zmíněné sluneční plachty), a pak se musí dalším zážehem dostat na ještě vyšší eliptickou dráhu (cca 12 tisíc na šest tisíc kilometrů), kde vypustí vojenský demonstrační satelit DSX. Potom musí ještě SpaceX vojákům dokázat, že druhý stupeň dokážou znovu zažehnout i po několika hodinách, nejméně třech, ideálně pěti. SpaceX tak musí věnovat mimořádné množství času přípravě schématu letu (a doslova programování rakety) – a ještě mnohem více času pak kontrolám a ověřování. A to není vůbec levné.
Na Měsíci i na Marsu. Budoucnost lidí ve vesmíru je nafukovacíJsou lehké a skladné. Nafukovací moduly míří do vesmíru. Sověti použili nafukovací prostředek v kosmu už v roce 1966. Speciální airbag tehdy chránil sondu Luna 9 při přistání na Měsíci. NASA svůj vývoj „nafukovací program“ ukončila v roce 2000. Společnost Bigelow chce nyní na výzkumy navázat a zahájit další revoluci.  |
Podobné komplikované vesmírné tance budou v nadcházejícím dvacetiletí nepochybně ještě běžnější než dnes. Málokdo asi prostě chce dostat na oběžnou dráhu 60tunové závaží a raketu tak zcela vytížit. Většina zájemců bude požadovat dopravu podstatně menšího nákladu. Ve výsledku pak možná zaplatí za kilogram mnohem více, než naznačuje jednoduchá trojčlenka, protože dopravci taková zakázka přináší laikům těžko představitelné komplikace.
Přesto můžeme být optimisty. Možná z nás ještě nevyprchalo nadšení nad úspěchem Falconu Heavy, ale myslíme si, že trend zlevňování bude pokračovat. Nominálně nepůjde samozřejmě o tak výrazný pokles jako v posledních 20 letech, ale je poměrně pravděpodobné, že se podaří ceny snížit o řád: tedy pod tisíc dolarů za kilogram.
Kde ušetříme?
Důvodů dalšího zlevňování bude zřejmě několik. Začněme u „hubnutí“ samotných nosičů. Užitečné zatížení rakety tvoří pouze pár procent hmotnosti celého nosiče, někde kolem tří, čtyř procent i za těch nejpříznivějších okolností.
Každé malé snížení startovní hmotnosti stroje například využitím nových materiálů, znamená dramatické zvýšení jeho nosnosti a tedy i ekonomické návratnosti. Přesně to se také v posledních letech děje, byť zvenčí to na nosičích není příliš vidět.
S jakým palivem?Nebude to důsledek žádné zásadní technologické změny. I novou generaci levných nosičů prakticky jistě dostanou do vesmíru klasické raketové motory využívající dnes známá palivo. Což neznamená, že to bude stejné palivo, jaké využívá většina dnešních nosičů – a ani to nejspíše nebude to nejlepší palivo, jaké používají ty dnes známé. Nejúčinnějším palivem, které vůbec známe, je totiž kapalný vodík s kapalným kyslíkem jako okysličovadlem. Toto palivo využívá např. evropská Ariane 5, americká Delta IV Heavy, v minulosti ve svých horních stupních například také měsíční raketa Saturn V. Vodík je z chemického hlediska téměř ideální palivo především proto, že na jednotku hmotnosti poskytuje nejvíce energie (a to více než o třetinu). Má však dvě velké nectnosti. Za prvé má nízkou měrnou hmotnost a dostatečné množství vodíku, tedy vyžaduje opravdu velkou nádrž. A za druhé musí být zchlazený na velmi nízkou teplotu (zhruba -253 °C), aby vydržel kapalný. Což znamená, že vodíkové nádrže musí být dobře izolované, a tedy o to těžší. S jeho skladovací teplotou souvisí i fakt, že se s ním podstatně hůře zachází než s jinými palivy. Hlavní potíží jsou ovšem právě nároky na hmotnost samotné rakety. Těžké a objemné nádrže totiž samozřejmě ukrajují z užitečného nákladu celého nosiče. Budoucnost tak bude zřejmě metanu, který sice za vodíkem ve výkonech zaostává, ale má jiné výhody. Metanový motor vyvíjí pro další generaci nosičů SpaceX (Raptor), Blue Origin (BE-4) a také Arianespace, tedy výrobce raket Ariane. |
A protože materiálové vědy dnes díky vývoji například v počítačovém modelování prožívají „boom“, lze předpokládat, že se nezastaví. Pokud se navíc podaří z celkové hmotnosti nosičů ubrat jediné procento, užitečný náklad se může zvýšit o celou čtvrtinu. Uberete dvě procenta a zvýší se vám o polovinu – v tomto ohledu je i na pohled skromný pokrok extrémně důležitý.
Samozřejmě nemusíte pouze zvyšovat užitečný náklad. SpaceX – a zřejmě přímo její zakladatel Elon Musk – dospěli k názoru, že v důsledku bude levnější vyrobit o trochu těžší raketu, která může přistát a pak znovu vzlétnout. Dlouhý vývoj nám nakonec přinesl spektakulární záběry přistání prvních stupňů nosičů SpaceX, prestiž a jistě pocit zadostiučinění Muskovi i jeho kolegům.
Skutečná zkouška ohněm, tedy důkaz o ekonomické návratnosti konceptu, firmu teprve čeká. Úspěch se ovšem zdá stále pravděpodobnějším, jak se firmě daří přistání prvních stupňů opakovat a již použité části také znovu posílat do vesmíru.
Pokud se jí podaří celý proces zjednodušit a zlevnit, vícenásobné použití dílů bude znamenat další snížení nákladů na start řádově o desítky procent.
Také raketa The New Shepard společnosti Blue Origin Jeffa Bezose dokázala opakovaně přistát a vzlétnout, ale je určena pouze k balistickým letům do výše kolem 100 km.
Přistání opakovaně použitelných pomocných stupňů rakety Falcon Heavy, 6.2.2018
Podle dnešních odhadů, by mohl start Falconu Heavy s „repasovaným“ prvním stupněm stát zhruba na 30 milionů dolarů (jde o odhad s použitím motorů generace Block 5, která zatím neletěla, ale u které má být opětovné použití levnější třeba díky použití nové technologie tepelné ochrany). Zhruba 10 milionů z toho tvoří výroba nového druhého stupně, o jehož vícenásobném použití se neuvažuje, protože by nepřineslo očekávaný efekt. Zbytek tvoří náklady na kontrolu, repasi, dopravu, palivo (tvoří jen zlomek) atd.
Pokud to tak opravdu bude, úspěch SpaceX se „znovupoužitelnými raketami“ se nepochybně pokusí napodobit i další. Již dnes je vícenásobné použití součástí projektu rakety New Glenn připravované firmou Blue Origin, na konceptu pracuje Arianespace, o stejném cíli hovoří v Číně a poslední dobou i v Rusku. Všichni postupně nejspíše uspějí, což může vést k dalšímu snižování ceny.
Srovnání velikosti plánovaných raket společnosti Blue Origin (druhá až třetí zprava) se současnou konkurencí a i s rekordní „měsíční“ raketou Saturn V, která je dnes už vyřazena z provozu. Nová raketa New Glenn má být v současné konkurenci svými rozměry jednoznačnou jedničkou.
Vytížení parkoviště sledované z vesmíru
Pokud se to stane, kosmický trh za 20 let může vypadat úplně jinak než dnes, kdy ho z velké části tvoří stát. V USA je podíl státu, především armády, na startech zhruba dvoutřetinový, v EU je to podle společnosti Arianespace 27 procent.
Dnes se na oběžné dráze kolem Země pohybuje kolem 1 500 umělých družic, v roce 2038 by to mohly být až desítky tisíc. Ke zlevnění využívání kosmu totiž nepřispěje pouze snížení ceny za dopravu. Zásadní význam má také postupná miniaturizace zařízení, které bude pro konkrétní úkoly potřeba do kosmu dopravit. Díky pokrokům v elektronice a nanotechnologiích se totiž na palubu i malých satelitů vejde stále zajímavější a účinnější vybavení.
Budoucnost patří nafukovacím stavbám, říká vesmírný architektVesmírný architekt Ondřej Doule, jenž připravuje projekt marsovské základny pro NASA například tvrdí, že budoucnost stavebnictví je doslova nafukovací. A to nejen ve vesmíru.  Vesmírný architekt Ondřej Doule |
Zvláště, pokud konstruktéři použijí běžnou moderní elektroniku místo robustnějšího vybavení pro družice, které je výkonově prakticky o jednu, či více generací pozadu a je výrazně dražší. Je to samozřejmě svým způsobem „hazard“, protože běžné komerčně vyráběné přístroje mají podstatně nižší životnost, ale to u malých satelitů s nízkými náklady (a výhledově ještě nižšími) nemusí být v konečném výsledku ekonomicky nevýhodné. Na této logice stojí například finský projekt ICEYE, který chce umístit na oběžnou dráhu celou flotilu zhruba 30 malých (cca 100kg) satelitů, které by prováděly radarové snímkování Země.
Výsledkem by mělo být další zlevnění služeb například dálkového sledování Země. Lze si představit, že ceny budou tak nízké, aby družice sloužily například k průběžnému sledování vytížení parkoviště u konkrétního hypermarketu. A to nejen pro jeho provozovatele, ale třeba také pro konkurenci, která chce vědět více o tom, jak se daří ostatním.
Satelity prostě budou ještě nepostradatelnější než dnes. Jestliže v roce 2018 je hospodářství řady vyspělých západoevropských států z více než 70 procent závislé na družicové komunikaci, v roce 2038 může být tato závislost v průměru i o 20 procent vyšší.
Dá se také čekat, že na trhu se mohou objevit soukromé firmy schopné nabídnout nejen levnou a malou nosnou raketu, ale také kompletní nanodružici vyrobenou přesně podle přání zákazníka. V roce 2038 tak už možná nikoho nepřekvapí zájmové soukromé nanodružice, kdy například studentské nebo fanouškovské spolky uspořádají závody svých nanosond k Měsíci a bude je možné pohodlně sledovat v přímém přenosu ze soukromí domova, nebo v hospodě u piva. Vesmír by mohl začít sloužit soukromé zábavě i méně bohatých smrtelníků, než je Elon Musk.
Jeff Bezos, majitel firmy Blue Origin před raketou New Shepard.
Elon Musk, majitel firmy SpaceX
Neblahé důsledky našeho optimismu
Pokud se naše optimistické scénáře naplní, zlevňování letů do kosmu a s tím spojený vstup soukromého sektoru s sebou přinese samozřejmě i negativní důsledky.
Uskupení typu Islámského státu by si teoreticky mohly u soukromníka zaplatit levný start spolehlivé nanodružice a z oběžné dráhy s velkou přesností sledovat přesuny bezpečnostních a vojenských jednotek. Případně třeba přímo navádět bojové drony na vybrané cíle. Pašerácké drogové kartely by mohly sledovat policejní aktivity. Diktátoři i chudších zemí by si zase mohli pojistit mocenské postavení sledováním komunikace a dalších aktivit svých politických odpůrců.
Raketoplán armády USA se po dvou letech vrátil z vesmíru z tajné miseČtvrtá a zatím nejdelší mise miniraketoplánu X-37B skončila po 718 dnech. Co stroj ve vesmíru přesně dělal, nebylo odtajněno.  Raketoplán X-37B po přistání ze čtvrté mise. Cape Canaveral, Florida, 7.5.2017. |
Mezinárodní společenství zatím není na takový vývoj připraveno. Když byla roku 1967 na půdě OSN přijata známá Kosmická smlouva upravující zásady činnosti států při výzkumu a využívání kosmického prostoru, se soukromým sektorem se nepočítalo. Případné úvahy v tomto směru se považovaly za bláznivé sci-fi.
Kosmická smlouva z roku 1967 stanovila, že každý stát odpovídá za kosmické aktivity vedené z jeho území, a je jedno, zda je uskutečňují vládní či nevládní organizace, a zakotvila také odpovědnost států za škody způsobené jejich kosmickými objekty respektive kosmickými objekty vypuštěnými z jejich území. Jenže tuto odpovědnost mají pouze signatářské státy.
Pokud by mělo dojít k rychlému rozvoji „vesmírného podnikání“, otevírá se možné nebezpečí, že některé státy umožní ze svého území start komukoliv, kdo zaplatí, aniž by je jakkoli zajímalo, jaké bude určení nákladu. Proto se samozřejmě nabízí otázka, zda nehrozí například přenesení terorismu a obecně zločinnosti do blízkého kosmu. Hrozba zničení vybraných družic a tedy poškození například i celé komunikační sítě, vydírání a vymáhání výkupného – to jen pár nápadů na možný „byznys plán“.
Na druhou stranu je nesmysl malovat příliš černé scénáře. Malé družice nemohou nikoho přímo ohrozit na životě, mohou způsobit spíše především ekonomické škody. A jako takové spíše budou doménou organizovaného zločinu – či mnohem spíše států, tak jako dnes hacking.
Kosmický prostor blízké budoucnosti bude zcela určitě „militarizovaný“ více než dnes. Trend je patrný už nyní. V roce 2013 americké vojenské kruhy s veřejnosti skrytým nepokojem reagovali na čínskou „vědeckou misi“, která zamířila na geostacionární dráhu 36 tisíc kilometrů nad Zemí a demonstrovala tak skutečnost, že Čína dokáže snadno dostat možnou zbraň do oblasti, odkud USA provozují řadu svých důležitých špionážních satelitů.
Rovněž ve světle předchozí čínské zkoušky v roce 2007, kdy jeden čínský satelit podle všeho řízeně zničil další, došlo ke změně filozofie americké armády, která do té doby byla od konce studené války víceméně řízena nadějí, že pokud USA nebudou příliš aktivní v militarizaci kosmu, nevyprovokují k tomu ani jiné státy. Od té doby se už Spojené státy na možnou válku ve vesmíru údajně intenzivně připravují a zkoumají nejen možnosti obrany proti útoku např. kinetickou zbraní, ale také možné varianty útoku.
S tím, jak poroste význam využití blízkého kosmu, bude států se stejnou vojenskou filozofií přibývat. Mezinárodní smlouvy sice zakazují vynášení zbraní hromadného ničení do vesmíru a na nebeská tělesa, ale jiné „kosmické zbraně“ zakázány nejsou. Není tedy rozhodně vyloučeno, že se dočkáme i ozbrojených umělých družic, byť se o jejich existenci veřejnost nejspíše nic bližšího nedozví. A byť zbraně v takovém hypotetickém případě budou nejspíše určeny proti jiným satelitům, doufejme, že prvního „ostrého výstřelu“ se ani v příštích 20 letech nedočkáme.
Informace: Text chybně uváděl, že nosič Saturn V používal jako palivo pouze kapalný vodík. Ten přitom poháněl pouze jeho druhý stupeň. Za nepřesnost se omlouváme.
