Pohled do historie znovupoužitelných vesmírných systémůSvět Elona Muska

Jedním z nejpozoruhodnějších záběrů posledních let bylo synchronizované přistání bočních stupňů Falconu Heavy, a přestože centrální stupeň to zpátky nezvládl, protože mu došla zápalná směs pro nastartování všech přistávacích motorů, mise byla celkově úspěšná. Ale SpaceX nebylo první firmou, která použila tuto techniku, a jak za chvíli uvidíte, existují i ​​jiné způsoby, jak dostat nosiče bezpečně zpět na zem, aniž by shořely v atmosféře.

Manévr, který používá SpaceX, se nazývá návratový let a vyžaduje perfektní koordinaci trysek na dusíkový plyn, motorů s vektorováním tahu a čtyř roštových kormidel: teplu odolných ploch korigujících letovou trasu. První stupeň Falconu 9 váží s prázdnými nádržemi přes 14 tun a dokáže s ohromnou přesností bezpečně přistát po návratu z hranice vesmíru. Po oddělení od druhého stupně při hypersonických rychlostech ve výšce přes 70 km se Falcon 9 dokáže vypořádat s nepředvídatelným počasím ve vyšších vrstvách atmosféry a přistane na předem určeném místě na Zemi.

Jen jedna další raketa dokáže předvést podobný výkon, a to New Shepard, suborbitální raketa vyvinutá firmou Blue Origin Jeffa Bezose. New Shepard je zdoben obrovským pírkem, které podle Bezose symbolizuje dokonalost létání. 23. listopadu 2015 se New Shepard stal první raketou, která vyletěla do vesmíru a následně vertikálně přistála. O necelý měsíc později, 21.

prosince 2015, se Falcon 9 stal první raketou, která na orbitu vynesla náklad a následně také vertikálně přistála. Věk znovupoužitelných raket začal, ale proč trvalo tak dlouho, než k tomu došlo? Přistání rakety představuje pár vážných technických výzev, ale hlavním důvodem zdržení byla omezená poptávka po orbitálních startech. V minulosti vládly raketovému průmyslu národní a mezinárodní kosmické agentury. Avšak i bohaté vlády měly často nedostatek prostředků na podporu vývoje vesmírných technologií.

Opakovaná selhání při startech vládou podpořených prototypů často končila zrušením celého projektu. A přesně to se stalo mnohým geniálním strojům 20. století, které často na tomto kanálu rozebíráme. Jeff Bezos a Elon Musk investovali své osobní bohatství do znovupoužitelných raket s očekáváním, že snížení cen startů podpoří růst trhu. SpaceX a Blue Origin vyplňují díru na trhu vytvořenou národními kosmickými agenturami.

Ale znovupoužitelné stroje byly prioritou NASA již v 70. letech minulého století. Jenže poté, co byl vybrán raketoplán, se Amerika s designem zasekla na celou generaci. Také se zjistilo, že raketoplán je velmi drahý, a postupem času jeho efektivita jen klesala. Na druhé straně Železné opony se odehrával podobný příběh s Buranem. Sovětská obdoba raketoplánu byla také obrovským žroutem peněz, který si Sověstský svaz nakonec nemohl dovolit.

Ale proč nejsou okřídlené stroje schopné plnit úlohu, pro kterou byly určeny – být levným a znovupoužitelným systémem? Neefektivnost designu raketoplánu vyplývá z rozhodnutí táhnout s sebou na orbitu obrovská křídla a dodatečné motory. Americký raketoplán vážil 68 tun, Buran vážil 62 tun a oba dokázaly na nízkou orbitu Země dopravit náklad do 30 tun. Raketoplán i Buran tedy ztrojnásobily celkovou hmotnost nákladu, který bylo třeba dostat na orbitu, nemluvě o urychlovacích blocích, palivových nádržích a všem potřebném.

Dost ironicky, dodatečná hmotnost prostorů pro posádku, křídel a tepelného štítu navíc zvyšovala nebezpečí při pilotovaných letech, jelikož každá tuna navíc, kterou urychlíte na orbitální rychlost, musí být při návratu také zpomalena v atmosféře, čímž vzniká spousta tepla a každé navýšení hmotnosti ho jen zvyšuje. Raketoplán a Buran tento problém řešily tím, že byly rozměrné a převážně duté, takže jejich plocha dostatečně vyvažovala hmotnost při atmosférickém brzdění.

Další skupina vesmírných letadel snižuje atmosférický tlak při návratu snížením hmotnosti plavidla vynášeného na orbitu. Malé raketoplány jsou ve vývoji už od roku 1960, kdy vznikl koncept X-20 Dyna-soar. A robotická orbitální plavidla 21. století dokáží s ještě menší hmotností mnohem více. Bez prostorů pro posádku či podpory života dokáží být ještě ekonomičtější. Amerika má dnes ve vývoji dva robotické raketoplány. Boeing X-37 či Orbitální testovací plavidlo a Dream Chaser firmy Sierra Nevada Corporation.

Oba startují vertikálně, při návratu kloužou atmosférou a přistávají horizontálně na ranveji. Zahanbit se nechce nechat ani Čína, která pracuje na plavidle jménem Shenlong neboli "božský drak". Shenlong se aerodynamicky podobá X-37, ale zatím jsme ho viděli jen ve zmenšené verzi při testovacím shození z bombardéru H6 čínských vzdušných sil v roce 2007. Ale zatímco pomalu probíhá vývoj malých raketoplánů, znovupoužitelné nosiče byly studovány desítky let, občas se schopností návratu ze vzdálenosti daleko převyšující schopnosti Falcon 9 či New Shepard.

Druhá generace programu Eněrgija určená k vynášení sovětského raketoplánu, nazývaná Uragan, byla plánována jako plně znovupoužitelný systém s vertikálním startem a horizontálním přistáním. Stejně jako původní raketa Eněrgija, i Uragan by používal urychlovací bloky poháněné čtyřkomorovým motorem RD-170. RD-170 předběhl svou dobu a byl navržen až na 10 zážehů, přičemž v testech zvládl až 20 zážehů.

Sovětští inženýři si uvědomili, že díky schopnosti opětovného zapálení by bylo možné každý nosič použít na mnoho startů. Po oddělení pomocných raket Uraganu by se rozvinula křídla pro zpomalení při vstupu do atmosféry a přistání na ranveji. Hlavní nosič Uraganu byl také vybaven křídly podobnými Buranu a na zem by se vracel pomocí techniky vyvinuté pro vesmírný bombardér, který navrhl Eugen Saenger v rok 1943.

To by pro hlavní nosič znamenalo, že by přeskakoval v horních vrstvách atmosféry kolem zeměkoule, dokud by se nedostal zpět nad rampu a pak by přistál stejně jako Buran. Ačkoli bylo od tohoto designu upuštěno, myšlenka na okřídlený nosič byla příliš lákavá. Po pádu Sovětského svazu se znovu objevila v návrhu nosiče systému Angora. Návratový nosič se nazýval Bajkal a šlo v podstatě o identický koncept, jako měl Uragan, vybavený křídly a turbínovým motorem RD-33 pro atmosférický let. Obdobný systém studovalo v roce 1999 i Německé letecké středisko DLR, aby nahradilo raketové nosiče na pevná paliva na raketě Ariane 5.

Každý návratový nosič na tekuté palivo neboli LFBB měl vpředu vodorovné řídící plochy, zadní křídla a motor s turbodmychadlem, což nosiči dalo všechny aerodynamické vlastnosti letadla. Vývoj designu LFBB pokročil až ke zmenšenému testovacímu modelu, ale poté byl zrušen nejspíš proto, že hardware byl příliš velký a komplexní na to, aby umožnil ekonomické úspory. ESA ale nedávno financovala nový znovupoužitelný první stupeň vyvíjený společností Airbus, který by měl pracovat s připravovanou Ariane 6.

"Pokročilý jednorázový nosič s inovativní ekonomikou pohonu" neboli ADELINE používá nezvyklou sadu aerodynamických prvků, aby bylo dosaženo co nejefektivnějších a nejlepších návratových vlastností. Poté, co nosiči dojde palivo, Adeline se oddělí a vstoupí do atmosféry chráněna před teplem štítem na nose. Až atmosféra zhoustne, nosič použije křídla a dvojici vrtulí, aby se navedl na přistávací ranvej.

Vrtule dosahují ještě vyšší účinnosti než proudové motory, takže je potřeba na zpáteční cestu vyhradit méně paliva. To, co dnes dělá SpaceX, nutí zbytek raketového průmyslu přehodnotit jejich jednorázové systémy. Před pár lety Ruská kosmická agentura Roskosmos tvrdila, že nevidí ve vývoji znovupoužitelných nosičů žádný význam. Ale po nedávných úspěších SpaceX a rostoucím podílu této firmy na trhu Roscosmos tvrdí, že aktivně zkoumá znovupoužitelné rakety.

Můžeme tedy v budoucnu očekávat nové druhy raket, které se dokáží vrátit na základnu. Co si myslíte vy o vizi znovupoužitelnosti firem SpaceX a Blue Origin? Dejte mi vědět v komentářích. Také chci poděkovat všem našim podporovatelům, o čemž najdete více informací na právě zobrazeném odkazu. Také se nezapomeňte podívat na naše další videa. A mně zbývá říct už jen: Díky za sledování a prosím odebírejte, lajkujte a sdílejte.

Překlad: Martin Dravecký Korekce: Jana Uhrinová, Petr Melechin www.elonx.cz