Dnešním článkem uzavřeme pětidílný seriál věnovaný překladu obřího článku, který vyšel na webu nasaspaceflight. Několik měsíců jej tvořili specialisté z tamní uzavřené sekce L2 a výsledkem je mimořádně detailní průřez postupným vývojem nově vyvíjené rakety od SpaceX. Minulý týden jsme se věnovali první oficiálně představené verzi a dnes se posuneme ještě blíže k současnosti. Ale pozor, jelikož chceme tento článek pojmout jak překlad originálu, nebudou v něm obsaženy ty nejnovější informace. S technickými změnami Vás seznámíme v jiném, samostatném článku.

Zajímavé bylo, že v proslovu nebyl zmíněn dřívější zájem na vybudování komplexního ostrovního zázemí, který se očekával. Šlo o to, že by se ITS stavěla v továrně uvnitř ostrovního areálu. Jakmile by byla raketa dokončena, přesunula by se na nedaleké testovací stanoviště, kde by došlo k jejímu zážehu. Po zkoušce by se opět o kousek posunula na startovní rampu, odkud by odstartovala. Blízké hangáry by umožnily zaměstnancům SpaceX provádět údržbu a opravy všech potřebných systémů.

Takové místo by SpaceX umožnilo stavět, testovat a odpalovat rakety ITS (a pak s nimi zde opět přistávat), v dostatečné vzdálenosti od obydlených oblastí. Stejně tak by bylo možné dosáhnout vysoké frekvence startů bez nutnosti brát ohledy na obyvatele v okolí.

Experti z webu NSF i odjinud hned přišli s otázkami, jak by aktuálně představená velikost celého stroje ovlivnila velikost bezpečnostní zóny v okolí rampy v případě exploze. Představený tah by navíc velmi pravděpodobně nevydržely konstrukce startovních ramp 39A ani 39B, které se nachází na Mysu Canaveral. Ty byly vybudovány v 60. letech pro potřeby programu Apollo a při jejich stavbě se počítalo s tahem až 53 379 kN. Technicky by sice bylo možné je upravit za cenu nemalých financí a času, ale během této přestavby by nebylo možné tuto rampu využívat k jiným startům.

Další znepokojení spojené s tahem rakety souvisí s akustickými vibracemi, které by se eliminovaly jen obtížně a stavba by se tak komplikovala. Pohonný stupeň je navíc tak velký, že v případě neúspěšného pokusu o přistání na startovní rampu by následovala exploze, která by výrazně poškodila rampu samotnou i její okolí.

Nejistota panovala i kolem kosmické lodi ITS. Obavy souvisely především s úplnou absencí záchranného systému LAS, který třeba NASA bezpodmínečně vyžaduje pro loď Crew Dragon. Není totiž jisté, zda by se loď dokázala zachránit v případě exploze nosiče. S až sto lidmi na palubě by případná ztráta této lodi byla mnohonásobně horší, než dosavadní nehody raketoplánů.

Použití tří přistávacích nohou s sebou přineslo sníženou stabilitu oproti čtyřem a více nohám. Oproti pěti nebo šesti nohám by tu nebyla žádná záloha pro případ selhání jedné z nohou. V proslovu se navíc nijak podrobně neřešila ochrana před radiací. Vzhledem k dávkám, které by astronauti a kolonisté při cestě k Marsu obdrželi, byla absence detailů v tomto směru poměrně překvapivá.

Nejnaléhavější otázka však souvisela s tím, že chybí detaily, jak si na tento systém vydělat peníze kromě letů k Marsu. Vývoj bude trvat několik let a náklady se pohybují kolem deseti miliard dolarů. Jeho poměrně neekonomická velikost a neoptimalizovaný design pro vynášení družic celému projektu po ekonomické stránce velmi ubližují. Tento problém ostatně při proslovu zmínil i sám Musk.

Po tomto oznámení se specialisté z NSF v únoru 2017 dozvěděli, že se návrh dočkal drobných změn. Jeden zvažovaný návrh ITS má počítat s průměrem deset metrů a na pohonném stupni by mělo být pouze 16 motorů Raptor. Během několika měsíců se objevily zprávy o tom, že SpaceX chce jít cestou ještě menšího stroje s průměrem 9 metrů. Cílem měla být snaha obejít nutnost stavět zbrusu novou továrnu. Tím by se zjednodušila výroba, ale na druhou stranu by to s sebou neslo náročnější a dražší logistiku spojenou s přepravou a testováním dílů.

Ještě před dalším proslovem v září 2017 absolvoval motor Raptor velké množství testovacích zážehů. Zmenšený testovací motor dosáhl tlaku ve spalovací komoře 200 barů (20 MPa) a tahu 1 MN. Podle Muska se v něm navíc používá nová slitina, která by měla pomoci turbočerpadlu se směsí bohatou na kyslík lépe odolávat oxidaci. Musk v září vystoupil opět na Mezinárodním astronautickém kongresu IAC (International Astronautical Congress), který se tentokrát konal v australském Adelaide. Dozvěděli jsme se třeba, že zmenšený prototyp motoru už má za sebou 42 zážehů s celkovou délkou hoření 1200 sekund (20 minut).

Samotný proslov z IAC 2017 nám kromě toho ukázal, že SpaceX upravila plány na tah motoru Raptor. Úroveň tahu na hladině moře klesla o 44,3 % z 3 050 kN na 1 700 kN. Jeho první verze by měla mít tlak ve spalovací komoře 250 barů, což je o 50 barů (16,7 %) méně, než plánovaná finální verze. S průměrem trysky 1,3 metru může dosáhnout specifického impulsu 330 s na hladině moře. Verze uzpůsobená pro chod ve vakuu by podle tehdejších plánů měla mít tah 1 900 kN a trysku s průměrem 2,4 metru. Tento motor by disponoval specifickým impulsem 375 s.

Tím ale změny nekončí. Pohonný stupeň měl nyní průměr 9 metrů a na výšku měřil 58 metrů, přičemž by jej pohánělo 31 motorů Raptor. I přes poměrně výrazné zmenšení by taková raketa stále byla schopna při startu vyvinout tah 52,7 MN na hladině moře. Jde o snížení tahu o 58,9 % oproti minulé verzi, ale tato hodnota již stačí na to, aby mohla raketa startovat z rampy 39A, která by pro její obsluhu potřebovala jen minimální úpravy.

Nosič by stále generoval o 55,7 % vyšší tah, než lunární raketa Saturn V, aktuální držitel světového rekordu nejsilnější úspěšné nosné rakety. Dalšími výhodami zmenšení konstrukce by byla i menší ohrožená oblast, klesly by i náklady na vývoj, ale také riziko selhání motorů při startu.

K pohonnému stupni by mohly být připojeny hned tři různé horní stupně/kosmické lodě, přičemž všechny by měly stejný vnější tvar a poháněla by je kombinace čtyř motorů Raptor uzpůsobených pro provoz ve vakuu a dvou motorů Raptor, které jsou i na pohonném stupni. Šestice těchto motorů by měla být schopna po oddělení od pohonného stupně vytvořit tah 11 268 kN.

Jakmile by se poměr tahu vůči hmotnosti sestavy zlepšil, přistávací motory by se vypnuly. Součástí konstrukce by byla i delta křídla a čtveřice přistávacích nohou, takže by bylo možné po deorbitačním zážehu přistát vertikálně.

Aktualizovaná kosmická loď pro posádku by vážila při startu 1 335 tun, mohla by pojmout až 1 100 tun paliva a její suchá hmotnost by byla 85 tun. Návrh počítal s dokovací stanicí na straně konstrukce a s dvojicí velkých oken na místě jednoho dřívějšího velkého okna. Ačkoliv by loď byla menší, než se dříve čekalo, stále by nabízela 825 metrů krychlových přetlakového prostoru, což je pouze o 9,9% méně, než ISS, která má přetlakový objem 915,6 metrů krychlových. Na avizovaný objem Airbusu A380 (2 100 metrů krychlových ) to však rozhodně nestačí.

Uvnitř lodi by se mělo nacházet 40 pokojů pro sto cestujících, toalety, kuchyně, velké společné prostory a dokonce i úkryt pro krátkodobý pobyt v případě solární bouře, který by řešil problémy s radiací. Loď by byla dotankována pomocí stejně velkého tankeru. Využilo by se k tomu drobné zrychlení dosažené pomocí kontrolních trysek a otáčení nádrží.

Třetí verzí horního stupně by byl upravený horní stupeň nosné rakety, který by umožnil tomuto systému vynášet komerční družice. Tato verze by byla vybavena rozlehlým nákladovým prostorem, který by se otevíral a zavíral pomocí výklopných dveří. Ty by byly jen na jedné straně lodi, protože opačná strana by byla krytá tepelným štítem.

Všechny tři sestavy by měly hmotnost až 4 400 tun a na startovní rampě by měřily 106 metrů na výšku. Systém BFR by měl nosnost 250 tun na nízkou oběžnou dráhu bez znovupoužitelnosti a 150 tun při plné znovupoužitelnosti. Tyto hodnoty by z něj dělali doposud nejefektivnější nosný systém všech dob. Minimálně 5,68 % startovní hmotnosti by se dostalo na oběžnou dráhu. Díky tomu by byl systém BFR o 26,5 % efektivnější, než dosavadní rekordman – Falcon 9 od SpaceX, který dopraví na oběžnou dráhu 4,49 % vlastní startovní hmotnosti.

Tři varianty horního stupně by umožnily systému BFR podpořit vypouštění komerčních družic na oběžnou dráhu Země, orbitální lety na oběžnou dráhu Země i mimo ni, nebo mise k Měsíci, Marsu a dále díky doplňování paliva. Musk navíc představil plány na použití systému BFR k cestování mezi libovolnými městy kdekoliv na Zemi do jedné hodiny. V budoucnu by měla tato obří raketa úplně nahradit rodinu raket Falcon – ekonomicky by mělo dojít dokonce k úspoře díky plné znovupoužitelnosti systému.

Trochu ironicky vyznívá zjištění, že zmenšení systému z hmotnosti 10 500 tun na 4 400 tun bylo tím krokem, který umožnil dramatický rozvoj využití systému BFR. Zmírnil také nejpalčivější obavy z vývojových nákladů, uzavřených oblastí a startovních ramp. V následujících měsících SpaceX aktualizovala návrh a na horní stupeň přidala třetí motor Raptor optimalizovaný k provozu v atmosféře. Tím by mělo být dosaženo spolehlivosti běžných dopravních letadel z hlediska rizika výpadku motoru. Zda je to možné i v raketové branži, kde každý rok selže mezi 2 – 6 % pokusů o let na oběžnou dráhu, zatím zůstává nejisté.

Na IAC 2017 Musk také zmínil, že firma již objednala výrobní zařízení k produkci hlavních nádrží BFR a zahájila stavbu v továrně, přičemž produkce prvního BFR by měla oficiálně začít ve druhém čtvrtletí roku 2018. Musk plánoval, že v roce 2022 by měly k Marsu vyrazit dvě nákladní mise, které by měly připravit vše potřebné pro dlouhodobou základnu a možná i kolonii. Jako obvykle Musk nastavil velmi ambiciózní harmonogram vývoje a letů. Je nepravděpodobné, že se tyto termíny podaří dodržet, ale SpaceX má na to, aby těchto plánů jednou dosáhla.

Na tiskové konferenci k prvnímu startu nové rakety Falcon Heavy zaznělo 6. února i pár informací o systému BFR. Musk zmínil zkoušky, které by firma ráda provedla s lodí BFS: „Když budeme mít štěstí, budeme moci provést krátké lety – poskočení kosmické lodi možná už příští rok.“ Tyto zkoušky by byly jakýmsi ekvivalentem testovacího zařízení Grasshopper a mělo by k nim dojít buďto na budovaném kosmodromu v jižním Texasu, v jeho blízkosti nebo z jedné mořské plošiny na druhou. Další informace o BFR měly přijít od Muska další měsíc.

8. března 2018 Elon Musk tweetoval první snímek zařízení k výrobě těla rakety BFR, vedle kterého se pro lepší měřítko krčil elektromobil Tesla Model 3. O pár dní později – 11. března se na konferenci South by Southwest Musk zmínil, že design BFR se rapidně vyvíjí a pokračuje vývoj druhého stupně/kosmické lodi. Zmínil také, že cíl systému BFR, tedy kolonizace Marsu, může lidstvu umožnit přežít případnou jadernou válku na naší planetě. Vývoj systému BFR by měl být částečně hrazen z příjmů generovaných připravovanou sítí Starlink. Tento projekt SpaceX počítá s vybudováním sítě až deseti tisíc malých družic, které by zajišťovaly rychlé připojení k internetu kdekoliv na světě.

V průběhu března se objevily dokumenty, které ukazují, že firma WW Marine Composites LLC požádala o opravu prázdného pozemku na Berth 240, Terminal Island v Los Angeles, což bylo schváleno vedením přístavu. Eric Berger z webu Arstechnika tehdy poznamenal, že tato firma by mohla být dceřinou společností SpaceX – anonymní zdroj navíc potvrdil, že tato oblast by měla být určena k výrobě systému BFR. Mluvčí SpaceX, Eva Behrend, tuto spekulaci potvrdila novinám Los Angeles Times. Sdělila, že firma vedla rozhovory s losangeleským přístavem na téma „potenciálního pronájmu dalších pozemků pro další provoz,“ který měl podle dokumentů souviset s kosmickým využitím.

Pokud by se výroba BFR přesunula do přístavu v Los Angeles, tak by se nejen vyřešily problémy s přesunem dílů, ale bylo by teoreticky možné postavit i rakety s větším průměrem než 9 metrů, takže by mohlo jít dále zvyšovat už tak vysokou efektivnost nosiče.

Ambiciózní plány prezentované Elonem Muskem představují vyvrcholení celoživotní vášně. Byl to právě vášnivý zájem o vesmír, který jej přivedl k prvnímu kontaktu s marsovským vizionářem Robertem Zubrinem, jehož projekt Translife Mission inspiroval Muska k ještě smělejším plánům. Když ruští inženýři zmařili Muskovy první vesmírné představy, rozhodl se riskovat a založit SpaceX. Díky tomu, že Falcon 1 nakonec dokázal dosáhnout oběžné dráhy, byly v prosinci 2008 Muskovy vize na kolonizaci Marsu zachráněny. Od té doby jeho plán vyspěl a rozrostl se díky specialistům ze SpaceX.

Vývoj rakety Falcon 9, která se stala prvním částečně opakovaně použitelným nosičem po raketoplánech a také nejefektivnější raketou všech dob, silně formoval i projekt BFR. Podobně jako Falcon 9 se BFR dočkala téměř dvojnásobného navýšení tahu a nosnosti, zatímco se zlepšovala její efektivita začleněním konstrukce plně z uhlíkových vláken. Výsledkem není nic menšího než plně znovupoužitelná raketa, jejíž schopnosti a technologie jsou nesrovnatelné s čímkoliv jiným.

Muskovy prezentace ukázaly, že SpaceX by mohla být přepravní firmou, která umožní kolonizaci Marsu, sníží výdaje i rizika. To ale také znamená, že bude muset spoléhat na třetí stranu, která se postará o drobnou i základní logistiku nutnou k vytvoření a rozvoji marsovské kolonie. Tohle by se však mohlo změnit, jelikož Musk zmínil, že začíná být netrpělivý s pomalým vývojem ostatních a možná se rozhodne vykonat některé činnosti pomocí vlastních prostředků. Ačkoliv druhá sada plánů představených Muskem byla v mnoha směrech méně ambiciózní než ta z roku 2016, nebyla stále úplná.

Stále zůstávají některé otevřené otázky spojené s letem k Marsu a návratem zpět, financováním celého systému BFR a dokonce i s některými prvky celého stroje. Za oponou nejasností zůstávají třeba systémy pro výrobu paliva na Marsu, budování prvotní základny na rudé planetě, nebo jaderné reaktory, kterými SpaceX původně chtěla napájet základnu. Nevíme také, jak to bude se záchranným systémem, rozložením přistávacích nohou bez redundance, nebo s tím, jak budou systémy podpory života fungovat během několikaměsíční cesty k Marsu a zpět.

Bude satelitní síť Starlink skutečně financovat vývoj BFR, nebo ji budou provázet finanční problémy, jaké firmě Motorola způsobil projekt Iridium, jediný globální poskytoval satelitních telefonních služeb? Úspěch systému Starlink, natož BFR, není vůbec jistý. Pomůže americká vláda financovat návrh rakety pro sto cestujících, která nebude mít záchranný systém? Může loď minimalizovat vystavení posádky kosmické radiaci během několikaměsíční cesty na limity stanovené NASA? Jak kolonisté na Marsu přežijí? Jestli se aktuální primární zdroj energie, tedy solární panely, ukáže jako nedostatečný, bude moci SpaceX dopravit na Mars jaderné reaktory pro zajištění dodávek energie tak, jak se plánovalo dříve? Již brzy by mohla přijít další aktualizace (myšleno záříjové představení změn systému BFR a oznámení projektu DearMoon – pozn. překl.).

Let’s have some updated BFR info please, Elon.

Got to give the people what they want. 😎🚀

— Chris B – NSF (@NASASpaceflight) July 14, 2018

Na základě rychlého vývoje celého návrhu, s přidáním motoru jen několik týdnů po prezentaci v roce 2017 můžeme očekávat, že se návrh systému BFR bude dále zpřesňovat. Musk nás díky SpaceX naučil přijímat proces kontinuálního zpřesňovacího vývoje, který známe už z raket Falcon 9. I v této zatím nedokončené podobě je plán SpaceX bezesporu nejambicióznějším projektem na kolonizaci Marsu, jaký byl kdy představen.

Tento článek (jeho anglický originál (pozn. překl.)) je výsledkem několika měsíců vyhodnocování veřejných a očekávaných informací, které byly editovány prostřednictvím uživatelů uzavřené sekce L2 na diskusním fóru portálu nasaspaceflight.com.

Zdroje informací:
https://www.nasaspaceflight.com/
https://www.nasaspaceflight.com/

Zdroje obrázků:
https://www.youtube.com/watch?v=A1YxNYiyALg
https://www.nasaspaceflight.com/…40_59-index.php-2224%C3%97939.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2017/01/2018-04-14-041117.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2017/01/2018-04-14-041117.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/…/2018-04-13-22_37_35-index.php-2208%C3%971242.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/…/2018-04-13-22_17_39-index.php-3840%C3%972160.jpg
https://pbs.twimg.com/media/Daa2QDcW0AE0G3L.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2017/01/2018-04-14-040431.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/…/2018-04-13-22_35_59-index.php-2208%C3%971242.jpg