Napříč několika našimi články ale také v komentářích pod nimi jste se již mohli setkat s krátkými zmínkami o další vývojové verzi rakety Falcon 9 americké firmy SpaceX. Už od začátku SpaceX vyvíjí Falcon 9 postupně během provozu a jednotlivá vylepšení aplikuje v průběhu let. Tento způsob má řadu finančních i technologických výhod, avšak na druhou stranu může být v určitých směrech trochu riskantní. Není tajemstvím, že již brzy do provozu vstoupí poslední plánovaná vývojová verze rakety označovaná jako Block 5. Podle dostupných informací by tato finální varianta rakety měla být ve výrobě právě v těchto dnech. Je tedy na čase naše čtenáře seznámit s chystanými změnami a vylepšeními.

Na tomto místě je nejspíš vhodné připomenout si jednotlivé vývojové verze Falconu 9 a jejich označení, které je zajisté pro nás jako laickou veřejnost matoucí. Ani samotná SpaceX v tom ale nemá úplně pořádek. První Falcon 9 v1.0 (interně označován jako Block 1) poprvé odstartoval 4. června 2010 se zásobovací lodí Dragon na její kvalifikační let. Tato verze měla na výšku 55 m, nosnost na nízkou oběžnou dráhu (LEO) 10 450 kg, 4 540 kg na dráhu přechodovou ke geostacionární (GTO) a tah motorů Merlin 1C činil 4 940 kN. Kromě výrazně kratšího prvního i druhého stupně se v1.0 od současné verze lišila rozložením motorů prvního stupně, které byly uspořádány do mřížky 3×3. Falcon 9 v1.0 mezi lety 2010 a 2013 startoval celkem pětkrát.

29. září 2013 stála na rampě SLC-4E Vandenbergovy základny nová raketa Falcon 9 v1.1 (Block 2). Tato verze prošla v celé historii rakety nejvýraznější změnou a to jak na pouhý pohled, tak co se týče konstrukce. Spíše než o vylepšené verzi by se dalo hovořit o nové raketě. Onoho dne se jednalo nejen o první let ze západního pobřeží USA, ale také o první let s aerodynamickým krytem. Doposud Falcon 9 totiž létal pouze s lodí Dragon. Verze 1.1 byla o více než 13 metrů vyšší, měřila tedy 68,4 m. Těchto rozměrů bylo dosaženo zvětšením nádrží prvního i druhého stupně. Nosnost vzrostla na 13 150 kg (LEO), respektive 4 850 kg (GTO) a souhrnný tah nových motorů Merlin 1D byl 5 885 kN. Udávaná nosnost však měla přibližně 30% rezervu. SpaceX si tak ponechávala palivo pro experimenty s přistáváním prvního stupně. Přesná čísla maximální nosnosti tak nejsou známá. Celkově tato varianta odstartovala do vesmíru patnáctkrát, z toho jednou neúspěšně při zásobovací misi CRS-7 k Mezinárodní vesmírné stanici. Během těchto misí se začalo experimentovat s návratem prvních stupňů a proběhlo i několik neúspěšných pokusů o přistání na plošině ASDS. Poslední start se odehrál 17. ledna 2016 opět z Vandenberg Air Force Base.

Další verze rakety a její historie už nejsou tak zcela jednoznačné. O to více je však atraktivnější. Po zmíněné havárii s Dragonem při letu k ISS SpaceX nastoupila zpátky do služby s novou verzí Falcon 9 v1.2 (také Falcon 9 FT – Full Thrust, interně Block 3) 22. prosince 2015. Pozorný čtenář si jistě všiml, že provoz verzí 1.1 a 1.2 se dva měsíce překrýval. Při této historické misi se satelitem OG-2 se první stupeň poprvé pokusil vrátit na pevninu a přistání se povedlo na jedničku. Nová verze opět o něco prodloužila své nádrže a měřila tak celých 70 m. Zejména díky zvýšenému tahu motorů (6 806 kN) a podchlazenému palivu rapidně vzrostla nosnost na 22 800 kg (LEO) a 8 300 kg (GTO). Vylepšen byl i systém oddělení druhého stupně. Po prvním fenomenálním úspěchu s přistáním prvního stupně na pevnině následovala řada dalších a to nejen na souši, ale i na moři.

A nyní přichází ona malá nejednoznačnost jednotlivých verzí. V současnosti by totiž měla být v provozu raketa Falcon 9 Block 4. K žádnému oficiálnímu ohlášení však nedošlo. Lze tedy předpokládat, že v1.2 (Block 3) plynule přešla do verze Block 4. To by ostatně nebylo ničím překvapivým. S trochou nadsázky lze říci, že SpaceX prakticky při každém startu testuje něco nového. Z posledních misí jmenujme například záchranu aerodynamického krytu nebo nový autonomní bezpečnostní systém (AFSS). Zřejmě jediná informace o Falconu 9 Block 4 tak je, že podle samotného Elona Muska měl být ve druhé polovině roku 2016 zvýšen tah motorů na celkových 7 605 kN. Ať už je to s variantami Block 3 a 4 jakkoli, od prvního startu verze 1.2 do dnešního dne proběhlo 12 úspěšných startů.

Tímto se konečně dostáváme k poslední, horečně očekávané, nejvýkonnější verzi Falconu 9 označované jako Block 5. I když… ani zde to není tak jednoduché. Block 5 je označení používané uvnitř SpaceX. Sám Elon Musk dává přednost variantě Falcon 9 v2.5. No uvidíme. Jednoduché to rozhodně nemáme ani my v redakci, ani vy jako čtenáři 🙂

Falcon 9 Block 5 je tedy poslední oznámenou vývojovou verzí rakety. Což ovšem téměř jistě neznamená, že by v budoucnu nedocházelo k dalším vylepšením. Nejdříve v lednu tohoto roku měla začít výroba a první start je plánován na druhou polovinu tohoto roku. Datum ani náklad prozatím není znám. Klíčovým aspektem, kolem kterého se má všechno v této poslední verzi točit, je zjednodušení a zefektivnění znovupoužitelnosti. Za touto frází si lze představit kde co a veřejně známo je jen velmi málo. Jisté však je, že nejvýraznějším prvkem napomáhající znuvupoužitelnosti budou nové přistávací nohy. Ty by se měly vysouvat podstatně dříve během návratu prvního stupně a podílet se tak na řízeném aerodynamickém brzdění. Kromě jiného pak nebudou na jedno použití, jako je tomu u současných přistávacích nohou, které se po každém návratu prvního stupně odmontují.

Druhým známým vylepšením umožňujícím lepší znovupoužitelnost jsou odolnější roštová kormidla. Ta současná na jedno použití se vyrábějí z hliníkové slitiny a jejich povrch je opatřen nátěrem chránícím před žárem panujícím při návratu do atmosféry. Zejména při poslední misi SES-10 bylo v přímém přenosu dobře patrné, jakým tepelným namáháním roštová kormidla procházejí. Aby tedy tyto řídící prvky vydržely déle a byly odolnější, budou se u další verze vyrábět z titanu. Zvýšená cena materiálu bude samozřejmě vyvážena jejich opakovaným použitím.

Další dvě vylepšení, které Elon Musk prozradil, se také týkají tepelné ochrany. První stupeň by měl dostat nátěr, který lépe odolává žáru a nevyžaduje tak náročnou údržbu jako nátěr současný. Zároveň se také předpokládá možné vylepšení tepelného štítu chránícího motory a potrubí motorové sekce. Některé zdroje dokonce hovoří přímo o využití PICA-X. To je však přinejmenším velice nejisté.

To bychom tedy měli známá vylepšení týkající se efektivnějšího opakovaného používání prvních stupňů. K tomu dodejme, že záměrem firmy je, aby bylo možné jeden první stupeň použít až 10× po sobě bez výraznějších zásahů do konstrukce nebo výměny jakýchkoli dílů. Stačit by měly pouze zevrubné inspekce. Při vícenásobném použití pak lze tak jako u každého stroje očekávat větší údržbu. SpaceX si jistě časem vytvoří postupy stanovující kdy jaké díly vyměnit či na nich provést náročnější údržbu. S přibývajícími zkušenostmi se všechno bude teprve vytvářet a zjišťovat. Elon Musk v této souvislosti uvedl, že nevidí problém, aby jeden první stupeň nemohl být použit minimálně stokrát. A malá třešnička na závěr: Po historicky prvním opakovaném použití prvního stupně při misi na oběžnou dráhu Elon Musk prohlásil, že dalším cílem je opakovaný let jednoho stupně v průběhu 24 hodin. Zajisté docela silné prohlášení. Zanedlouho však na tiskové konferenci upřesnil, že tento cíl je stanoven již pro příští rok! Nechme se tedy překvapit, jak moc se mu SpaceX přiblíží.

Kromě změn umožňujících lepší znovupoužití bude u Falconu 9 Block 5 další velice výraznou změnou výkon motorů. Ostatně tak tomu doposud bylo u každé verze. Merlin 1D má od počátku stále určité rezervy ve výkonu a teprve s poslední verzí rakety má být jeho potenciál využit naplno. Tah se tak má zvýšit o 7-8 % oproti současnosti. Zároveň by měl být vyřešen problém tvorby mikrotrhlin na lopatkách čerpadla motoru. Ačkoli se zdá, že tato drobná vada na kráse nemá na bezpečnou funkci vliv, SpaceX zapracovala na jejím odstranění.

S vyšším tahem motorů souvisí i další zvyšování nosnosti rakety. Té bude ovšem dosaženo také pokročilejším softwarem. To se možná na první pohled může zdát těžko uvěřitelné, ale je tomu skutečně tak. Falcon 9 Block 5 bude mít vyšší autonomii v oblasti řízení rakety během startu. Větší nosnost rakety bude dosažena schopností létat pod vyšším úhlem náběhu a využíváním aerodynamických prvků k efektivnější klouzavosti. K získání vhodného poměru vztlaku a odporu bude využit právě vhodný úhel náběhu, který ale nelze naprogramovat ani řídit ručně na dálku, jelikož je závislý na aktuálních parametrech letu a okolních atmosférických podmínkách a neustále se tedy mění nejen mezi jednotlivými misemi, ale také v průběhu jednoho letu. Proto bude nutná ona vyšší autonomie zejména v ovládání klopení, tedy rotace okolo osy, která je během letu kolmá k tělu rakety a vodorovná se zemí.

Ačkoli jsme zde vyjmenovali pouze několik málo změn, zejména těch výrazných, které Falcon 9 čekají, na raketě dojde přibližně ke 100 úpravám. Jak jsme Vás již informovali dříve, NASA požaduje, aby nová verze Falconu 9 absolvovala nejméně sedm startů beze změn a úprav, než se přistoupí k prvnímu startu s posádkou. Falcon 9 Block 5 totiž bude mimo jiné určen k pilotovaným letům lodi Crew Dragon. Jelikož je první pilotovaný let Crew Dragonu plánován na květen 2018, lze očekávat, že i kdyby Block 5 začal létat až z kraje příštího roku, neměl by být při současném startovním tempu problém zadaný požadavek splnit.

Ještě před prvním opakovaným použitím prvního stupně při misi SES-10 Elon Musk oznámil, že během letošního roku jeho firma plánuje uskutečnit dalších šest startů letem prověřených prvních stupňů. Do této šestice je jsou samozřejmě započítány i dva kusy, které poletí jako postranní raketové stupně na Falconu Heavy. Pokud vše půjde podle plánu, nová verze rakety by v příštím roce měla takovýchto opakovaných použití uskutečnit dvakrát tolik. Zároveň je předpovídáno, že v budoucnu budou minimálně tři čtvrtiny všech startů Falconu 9 uskutečňovány s použitými prvními stupni.

Na závěr dodejme aktuální informaci o tak dlouho diskutovaných cenách za přípravu prvního stupně na další let. Odpůrci opakovaného používaní prvních stupňů a skeptici dlouho argumentovali tím, že to s údržbou Falconů dopadne jako s raketoplány a jejich znovupoužitelnost nebude rentabilní. Ředitelka SpaceX Gwynne Shotwell tuto středu médiím prozradila, že náročné inspekce, testování, údržba a příprava prvního stupně na jeho druhou misi stála méně než polovina jeho výrobní ceny. A to si musíme uvědomit, že šlo o historicky první počin tohoto druhu, kdy se zkoumalo kde co a cena tak byla mnohonásobně vyšší, než lze očekávat do budoucna. I sám Elon Musk s úsměvem uvedl, že byl překvapen, jak byli technici při přípravě prvního stupně na druhý let až neuvěřitelně paranoidní. Znamená to tedy, že i kdyby byl první stupeň použit vždy jen dvakrát, jeho záchrana se finančně vyplatí! A to ještě můžeme připočítat nadějně vypadající záchrany aerodynamického krytu, který stojí 6 milionů dolarů, tedy 10 procent celkové ceny rakety. „Představte si, že by vám letělo 6 milionů dolarů vzduchem a chystalo se zřítit do oceánu. Pokusili byste se je zachránit? Ano, ano, pokusili“ – Elon Musk.

Ano, existují samozřejmě ještě náklady na vývoj, které u SpaceX v souvislostí se znuvupoužitelností dosáhly 1 miliardy dolarů, a celková finanční návratnost nepřijde hned. Důležité ale je, že Elon Musk dokázal svým odpůrcům dalším významným krokem, že má všechno opravdu promyšleno a své cíle si plní. Dodejme, že celá příprava prvního stupně na další start zabrala 4 měsíce. Tato doba bude v nejbližší budoucnosti postupně zkracována až ke kýženým 24 hodinám, o kterých bylo psáno výše.

Nezbývá tedy, než si počkat na druhou polovinu roku a první start vylepšeného Falconu 9. A jak už jsme si u SpaceX zvykli, dalších vylepšení, zejména těch nečekaných, není nikdy dost. Nevěřme tedy, že Falcon 9 Block 5 usne na vavřínech. Vždyť už jen jeho druhý stupeň má v budoucnu projít radikální změnou. Očekává se, že Merlin 1D Vac bude nahrazen novým motorem Raptor spalujícím metan. Další zvyšování nosnosti Falconu 9 je tak jen otázkou času.

zdroje informací:
https://spaceflightnow.com/2017/04/04/musk-previews-busy-year-ahead-for-spacex/
https://www.reddit.com/r/spacex/comments/59dp2q/musk_announces_new_higherpower_block_5_falcon_9/
http://www.ibtimes.co.in/spacexs-falcon-9-rocket-launch-schedule-block-5-falcon-heavy-will-revolutionise-future-flights-713315
http://spacenews.com/spacex-gaining-substantial-cost-savings-from-reused-falcon-9/#sthash.gZkKMoUH.dpuf

zdroje obrázků:
https://www.flickr.com/photos/spacex/32915199514/
https://en.wikipedia.org/wiki/Falcon_9#/media/File:Falcon_9_v1.0_and_v1.1_engine.svg
https://www.flickr.com/photos/spacex/17369785125/
https://www.flickr.com/photos/spacex/23827554109/
PTZtv
https://i.stack.imgur.com/GLIaN.jpg
https://www.flickr.com/photos/spacex/24175842635/
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/Falcon_rocket_family4.svg