Máme za sebou další týden – ještě nedávno jsme slavili nový rok a teď už jsme se rozloučili s jeho prvním měsícem. Leden nám přinesl slušnou porci událostí a zdá se, že únor nás vydechnout nenechá. Kosmotýdeník je opět naplněn aktuálními informacemi, na které se v průběhu týdne na našem webu nedostalo. Těšit se můžete na žhavé novinky kolem radikálně upravených motorů Raptor, jejichž první exemplář dorazil na testovací stanoviště firmy SpaceX, ale řeč bude i o instalaci větrného krytu na Marsu, nebo o přípravách prvního letošního evropského startu.
První Raptor na standu
Zdroj: https://pbs.twimg.com/
Název článku je třeba vysvětlit. Nejedná se o první motor Raptor, který byl umístěn na stand a dokonce ani o první, který se SpaceX chystá zažehnout. Už v roce 2016, při představení konceptu BFR/BFS, nynější SuperHeavy/Starship, jsme viděli zažehnutí testovací verze tohoto motoru, který je doposud nejsilnějším motorem, který SpaceX vyvíjí. Od roku 2016 však motor prošel dle slov Elona Muska radikální přestavbou a ten, který byl v minulých dnech nainstalován na testovací stand v McGregoru, byl právě prvním z výrazně modifikovaných kusů, které by měly být usazeny na testovací zařízení Starship Hopper. Jedná se tedy o významný krok k realizaci celého konceptu těžkotonážní lodi, která má nejen kolonizovat Mars, ale předně vydělávat peníze vynášením těžkých a početných nákladů do vesmíru. Ale pojďme si některé věci přiblížit.
Přesunem na McGregor vyvrcholila téměř dvouletá evoluce zahrnující testování prototypů. První letuschopný Raptor by mohl být poprvé zkušebně zažehnut už v průběhu února. Sám Musk uvádí, že tři tyto redesignované Raptory by měly pohánět takzvaný Starship Hopper, první testovací exemplář lodi Starship určený k provádění testovacích skoků na jihu Texasu. Sice bylo avizováno, že tyto testy začnou v únoru, ale je pravděpodobné, že se posunou na březen či duben. Svou roli v tomto ohledu sehrálo poškození horní části Starship Hopperu způsobené nečekaně silným poryvem větru, který skácel zajištěnou část na bok. O tom, že se v kalifornské centrále SpaceX dokončuje první upravený Raptor pro Starship Hopper, psal Musk na Twitteru už před pár týdny.
Engines currently on Starship hopper are a blend of Raptor development & operational parts. First hopper engine to be fired is almost finished assembly in California. Probably fires next month.
— Elon Musk (@elonmusk) January 5, 2019
Návrh motorů Raptor začínal od základů. V roce 2014 proběhly na Stennisově středisku ve státě Mississippi testy dílčích systémů v životní velikosti. Postupně se SpaceX propracovala od vývoje hlavního vstřikovače ke kyslíkové předspalovací komoře (preburneru), která prošla zkouškami v roce 2015. Krátce po prověření návrhu předspalovací komory prototypu Raptoru ve Stennisově středisku se SpaceX pustila do zkoušek na vlastní základně McGregor v Texasu, kde od té doby probíhaly statické zážehy motorů Raptor.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
Jen pár dní předtím, než Elon Musk v září 2016 oficiálně představil design rakety BFR (tehdy ještě ITS – Interplanetary Transport System), tweetoval, že technici úspěšně provedli zážeh zmenšeného prototypu motoru Raptor. O pouhých 12 měsíců později se Musk vrátil na pódium znovu, aby oznámil změny návrhu systému BFR. Při této příležitosti zároveň oznámil, že prototyp motoru Raptor už hořel souhrnně více než 1200 sekund. Takové tempo se dá u nového motoru považovat za poměrně agresivní.
Zdroj: https://pbs.twimg.com/
Ačkoliv si návrh motoru Raptor bezesporu půjčil některé technologie ze svého bratříčka, motoru Merlin 1, který SpaceX v posledních letech výrazně vylepšila, mnoho podobností mezi oběma motory nenajdeme. Merliny spalují směs leteckého petroleje (RP-1) a kapalného kyslíku, přičemž sází na plynový generátor s otevřeným cyklem. Jde o relativně jednoduchou, spolehlivou a vývojově levnou technologii. Ale experti SpaceX dokázali vymáčknout z Merlinů, co jen šlo. Merlin 1D je světovým rekordmanem v poměru tahu vůči váze mezi všemi motory na kapalné pohonné látky. Ovšem raketové motory můžeme posuzovat i podle jiných parametrů. Jedním z nejdůležitějších je specifický impuls. A v něm se Merliny kvůli otevřenému cyklu nemohou měřit s jinými motory, které používají efektivnější paliva či spalovací režimy.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
Aby bylo jasno – motory Merlin 1D a Merlin 1D Vac jsou více než dostačující pro lety na oběžnou dráhu Země. Ovšem pro kolonizaci Marsu, jak si ji Musk vysnil už při založení SpaceX, jsou hrubě nedostačující – pro tento úkol jsou potřebné mnohem efektivnější motory. A právě tady přichází na scénu Raptor. Jeho palivovou směsí je kapalný kyslík a kapalný metan (zkráceně metalox) – z hlediska spalování využívá cyklus označovaný zkratkou FFSC (full-flow staged-combustion). Tento anglický výraz nemá český ekvivalent, ale v zásadě jde o motor s uzavřeným cyklem, do jehož spalovací komory jsou obě složky (palivo i okysličovadlo) přiváděny v plynné formě. Raptor byl navržen tak, aby byl mimořádně spolehlivý a efektivní z hlediska bezpečného pohonu lodi, která k Marsu ponese desítky lidí.
Ale pozor – na rozdíl od dříve testovaných Raptorů, je ten, který nyní dorazil na McGregor jiný. Mělo by jít o první motor s finalizovaným designem. Zdá se, že se jedná o plnorozměrový model, takže se dá odhadovat, že testovací stanoviště muselo být před jeho příjezdem upraveno. S větší velikostí souvisí i vyšší tah, který by měl vzrůst na dvoj- až trojnásobek.
Zdroj: https://pbs.twimg.com
Jak už bylo napsáno výše, tyto finalizované motory využije v první fázi Starship Hopper. Není však jisté, zda motor, který teď přijel na McGregor, bude odeslán k Starship Hopperu, nebo zda do něj budou instalovány jiné exempláře. Jisté však je, že doručení motoru na McGregor znamená povzbuzující milník pro celý vývojový program – stejně jako blížící se statické zážehy tohoto výrazně předesignovaného motoru.
Všechny dosavadní zážehy motorů Raptor byly prováděny na zmenšených exemplářích, které dosahovaly 30 % (v případě testů z roku 2016) a 40 – 50 % (v případě testů z roku 2017) tahu, čímž se zhruba mohly poměřovat s motory Merlin 1D (ty mají tah 914 kN a Raptor se pohyboval tehdy kolem 1000 kN). V září 2018 Musk uvedl, že Raptory budou mít tah zhruba 200 tun (2000 kN) a tlak ve spalovací komoře by mohl dosáhnout cca. 300 barů. Takový návrh by vyžadoval, aby nejméně jedna ze dvou předspalovacích komor pracovala se stěží uvěřitelným tlakem cca. 810 barů.
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com
Kosmický přehled týdne:
Zdroj: https://pbs.twimg.com/
Robotické rameno sondy InSight se v minulých dnech připravovalo na instalaci větrného krytu přístroje SEIS. Události však v posledních desítkách hodin nabraly rychlý spád. Během solu (marsovského dne) číslo 63 (počítáno od přistání) se rameno usadilo nad krytem, pozemní týmy s využitím fotogrammetrických terčů na paži a krytu vypočítaly jejich vzájemnou polohu a v solu 65 došlo k jeho uchopení. Sol 66 pak přinesl i přiklopení krytu na přístroj, který bude měřit marsotřesení. Jeho senzory uložené ve vakuovém pouzdře dokáží zaznamenat pohyb o vzdálenost menší než je průměr vodíkového atomu.
Firma ArianeSpace se chystá na první start letošního roku. Raketa Ariane 5 prošla v minulých dnech důkladným zhodnocením připravenosti, které neodhalilo žádnou překážku. 5. února by tedy mělo dojít ke společnému startu telekomunikačních družic Saudi Geostationary Satellite 1/Hellas Sat 4 a GSAT-31. Startovní okno dlouhé 61 minut se otevírá ve 22:01 našeho času.
Obkládání obslužné věže u rampy 39A nabralo v posledních týdnech slušné tempo. Jak dokazuje přiložená fotografie, instalace krycích desek, které dodají věži černý nádech, už významně pokročila. Věž tak bude ladit s bíločerným designem Falconu 9, lodi Crew Dragon i skafandrů, které obléknou astronauti, kteří v ní poletí.
Zdroj: https://pbs.twimg.com
Přehled z Kosmonautixu:
Dva články o kosmonautice denně, to je porce, kterou vám každý den připravujeme. Na tomto místě si je shrneme, aby vám nic neuniklo. Začali jsme zprávou, že do startu velmi zajímavé mise Lucy, zbývá 1000 dní. Netradičně jsme opustili sluneční soustavu a v úvahách nad dalšími misemi, jsme vám nabídli výhledový článek na mise do mezihvězdného prostoru. Následně jsme vás pozvali na pozemskou lednovou Kosmoschůzku. Ani toto úterý jste nepřišli o další díl seriálu Svět nad planetou. Již šestnáctý. Kvůli Shutdownu v USA jsme byli s malým zpožděním informováni o tom, že Parker Solar Probe dokončila svůj první oběh kolem Slunce. Seriál Vesmírná architektura vás tentokrát vzal na Mars a zamyslel se nad tím, jak jednou budeme na Marsu bydlet. SpaceX se stále pokouší zachytit aerodynamický kryt do sítě na lodi. Při posledním pokusu to nevyšlo jen o kousek. Ačkoli už od června 2018 jsme nezachytili signál z vozítka Opportunity, snahy o jeho oživení stále neustaly. Nová těžkotonážní raketa New Glenn, kterou připravuje společnost Blue Origin získala zakázku od firmy Telesat. Rampu 39A, kterou má v užívání společnost SpaceX, čeká opravdu zajímavý rok plný velkých startů. Nejzajímavější lednové události pro vás opět shrnul náš nejstarší videoseriál Vesmírné výzvy. Čínská sonda Chang’e 4 a vozítko Yutu-2 úspěšně překonaly svoji první měsíční noc. Na závěr jsme se podívali na další dávku vědeckých experimentů, které probíhají na Mezinárodní kosmické stanici.
Snímek týdne:
28. ledna došlo na kosmodromu v Kourou ke statickému zážehu motoru P120C. Ten má pohánět nové evropské rakety Vega-C a Ariane 6. Požadavky na využití u obou raket jsou odlišné – zatímco na raketě Vega má P120C sloužit jako první stupeň, na Ariane 6 má létat ve dvojicích či čtveřicích jakožto urychlovací stupeň. Tento zážeh byl tedy zaměřený na certifikaci motoru pro Vegu-C, přičemž certifikace pro Ariane 6 je plánována na pozdější fázi letošního roku. „V tomto případě šlo již o test téměř konečné verze motoru, oproti předchozímu testu byla upravena tepelná ochrana spalovací komory motoru, vylepšen byl liner a ověřena byla provozní rentgenová metoda inspekce kvality zrna. Co se stále nepodařilo vyřešit je kvalita zapalovače, který v některých aspektech nesplňuje na něj kladené požadavky,“ informuje Michal Václavík z české kosmické kanceláře.
Zdroj: https://www.esa.int/
Video týdne:
Časosběrná videa z ISS jsou ve většině případů sázkou na jistotu. Pohledy na naši planetu, která ubíhá pod Mezinárodní vesmírnou stanicí mají nepopsatelné kouzlo. Nejnovější přírůstek do této početné rodiny nám připravil ruský kosmonaut Oleg Kononěnko – momentálně velitel 58. dlouhodobé expedice na stanici.
https://www.facebook.com/ISSNATIONALLAB/videos/382138352549511/
Zdroje informací:
https://www.teslarati.com/
http://forum.kosmonautix.cz/
https://twitter.com/
https://twitter.com/
https://www.facebook.com/
Zdroje obrázků:
http://woosterphysicists.scotblogs.wooster.edu/files/2016/10/Raptor.png
https://pbs.twimg.com/media/DySO-uIUwAAI77c.jpg
https://upload.wikimedia.org/…oxygen_preburner_testing_at_Stennis_%282015%29.jpg
https://pbs.twimg.com/media/CtQYMI4VIAAJY2N.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8f/Full_flow_staged_cyklus.png
https://pbs.twimg.com/media/DySO-uIUYAA04Kj.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2019/01/201912-213843.jpg
https://pbs.twimg.com/media/DybMozfWkAAGZCg.jpg
https://pbs.twimg.com/media/DyalnWoVAAAJH-Q.jpg:large
https://www.esa.int/…/Hot_firing_of_P120C_solid_rocket_motor_for_Vega-C.jpg
Tak schválně jestli jsem ten diagram pochopil: ty dva žluté obdelníky jsou ty předspalovací komory, do nich proudí metan a kyslík v tekutém stavu. Po spálení už teď v plynné formě roztáčí turbíny a proudí do hlavní spalovací komory, přičemž v levo máme splodiny bohaté na metan a v pravo (fialově) bohaté na kyslík. Je to tak..?
A pokud ano, jakou výhodu má motor se třemi spalovacími komorami oproti ostatním motorům s uzavřeným cyklem..? Selským rozumem to vypadá překombinovaně..
Ano, chápete to správně. Motor s uzavřeným cyklem a stupňovitým spalováním má několik výhod: oddělené turbokompresory pro palivo a okysličovadlo mají každý svou vlastní hřídel, což znamená eliminaci potřeby náročného těsnění mezi dvěma proudy horkých plynů u motorů s jednohřídelovým kompresorem. Také jsou turbiny namáhány nižšími teplotami a tlaky předspálených pohonných látek, což má oboje za důsledek delší životnost motoru – moznost jeho opakovaného použití.
To se celé rozběhne jen vlastním tlakem paliva a kyslíku. Tedy na začátku, když čerpadla stojí. A nebo je tam nějaký pomocný rozběh těch čerpadel?
Ještě doplním, že jako další výhoda se uvádí, že do spalovací komory jsou oba proudy v plynném stavu a není potřeba tak detailní důležitý rozprašovač jako u kombinace ply/kapalina nebo kapaliony/kapalina. Tím je také eliminována na něm vznikající tlaková ztráta a to je i lepší pro motory s vysokým tlakem ve spalovací komoře.
Jeden důvod je v literatuře často uváděn – odstraní se problémy s těsněním mezi čerpadlem např. okysličovadla a turbínou pracující s plynem bohatým na palivo, stačí si najít jakýkoli lepší článek o motorech raketoplánu. Druhý důvod souvisí nejspíše s výkonem čerpadla, potřebným pro čerpání složek pohonné hmoty. Všimněte si, že dosavadní konstrukce motorů s uzavřeným cyklem používají pro pohon turbíny plyn vzniklý v generátoru spálením objemnější složky pohonné hmoty (vodík v případě motorů raketoplánu, kyslík v případě motorů RD 180 a jeho odvozenin). Souvisí to s tím, že spálením objemnější složky pohonné hmoty vznikne v generátoru plynů dostatečný objem spalin pro pohon turbočerpadel (teplota spalin je vždy omezená materiálem). Objemy metanu a kyslíku v pohonné směsi pro metaloxové motory se ale moc neliší (rozdíl asi 30 procent) a je tedy technicky velmi obtížné až nemožné dosáhnout výkonu potřebného pro pohon čerpadel obou složek spálením pouze jedné složky palivové směsi, přitom Raptor má extrémní hodnotu pracovního tlaku ve spalovací komoře. Přeji Space X úspěšné zkoušky.
To oboženie FSS je nejaké sito alebo tmavé matné sklo či niečo iné? Strašne ma to mätie je to priehľadné, tmavé, no nevidieť štruktúru a zároveň to nieje lesklé.
„V září 2018 Musk uvedl, že Raptory budou mít tah zhruba 200 tun (2000 kN) a tlak ve spalovací komoře by mohl dosáhnout cca. 300 barů. Takový návrh by vyžadoval, aby nejméně jedna ze dvou předspalovacích komor pracovala se stěží uvěřitelným tlakem cca. 810 barů.“
Jen jestli náhodou neuvedl parametry o trošku větší než bude reálně realita – jen proto, aby se o tom více psalo a diskutovalo.
Jsou někde uvedeny rozměrové a hmotnostní parametry Raptoru? Výkonově se jedná o motor ekvivalentu RD-191. Merliny měly rekordní poměr tah/hmotnost, nicméně byly s otevřeným pracovním cyklem a taktéž pracovní tlaky byly nesrovnatelně nižší. Vzhledem k uváděným tlakům u Raptoru by mne dost zajímala hmotnost a ISP. Trochu mne mate použití motoru na superraketě o tak malém(?!?) tahu. Hmotnost sestavy 31 + 7 motorů této koncepce bude asi dost značná.