Na první start Falconu Heavy jsme čekali několik dlouhých let. Mezi prvním a druhým startem této nejsilnější rakety současnosti uplynul rok a dva měsíce. Nyní nás čeká třetí start, přičemž od toho druhého uplynuly sotva dva měsíce. Falcon Heavy tentokrát v rámci mise s označením STP-2 poslouží americkému letectvu, pro které vynese na tři různé oběžné dráhy celkem 24 družic. V dnešním článku si posvítíme na celou misi a ukážeme si, na co bychom se mohli těšit. Pravidelní čtenáři totiž moc dobře vědí, že starty Falconu Heavy jsou skutečně nezapomenutelné. Přesto už teď můžeme říct, že před SpaceX stojí opravdu složitá výzva v podobě nejkomplexnější a z hlediska manévrů horního stupně i nejnáročnější mise v historii.

Falcon Heavy pro misi STP-2 vyjel 19. června na floridskou rampu 39A, kde byl ráno místního času vztyčen. Floridský kosmodrom umožňuje pozorovatelům pohodlný výhled na rampu, a jelikož Falcon Heavy nestartuje každý den, bylo na místě hodně lidí. Ti si okamžitě všimli, že na raketě něco přebývá – konkrétně aerodynamický kryt. SpaceX dříve prováděla statické zážehy s připojeným krytem, ale poté, co při přípravě na zážeh v září 2016 přišla o družici AMOS-6 od tohoto postupu upustila.

Výjimky byly doposud jen dvě – před misí DM-1 (nepilotovaný test lodi Crew Dragon), přičemž tehdy se počítalo s tím, že loď by se v případě anomálie zachránila vlastními motory SuperDraco a pak také před misí Starlink 1. U ní vsadila SpaceX na zážeh s nákladem proto, že náklad nepatřil nějakému zákazníkovi, ale SpaceX. Firma tak mohla být trochu méně opatrná. Ale u STP-2 neplatí ani jedna z možností – na krytu nejsou žádné záchranné motory a nejedná se o interní misi SpaceX.

Postupně se internetem začaly šířit spekulace založené na absenci grafiky na krytu. Použitý aerodynamický kryt byl čistě bílý – dokonce i bez americké vlajky. To vedlo některé diskutující k myšlence, že kryt je ve skutečnosti prázdný. Tuto domněnku později potvrdil i web spaceflightnow, který doplnil, že statický zážeh proběhl s připojeným aerodynamickým krytem na žádost zákazníka, tedy amerického letectva. Jeho zástupci prý chtěli ještě před startem získat informace o úrovních hluku uvnitř krytu.

Samotný statický zážeh se odložil o několik hodin a SpaceX dokonce požádala o prodloužení okna pro zážeh. To se otevřelo 19. června v 18:30 SELČ a mělo trvat jako obvykle šest hodin. SpaceX jej nakonec prodloužila až do osmé hodiny ráno našeho času, ale to nakonec nebylo potřeba. Tradiční simulace předstartovních činností běžela podle plánu a ještě během středoevropské noci (V 5:30 SELČ) mohlo dojít ke krátkému zapálení 27 motorů Merlin. Za pár hodin SpaceX vydala tradiční tweet potvrzující provedení statického zážehu.

Static fire of Falcon Heavy complete—targeting June 24 launch of STP-2 from Launch Complex 39A in Florida → https://t.co/QjQ85Pfc1O

— SpaceX (@SpaceX) June 20, 2019

Zatímco odborníci u počítačů vyhodnocovali data nasbíraná během zážehu, technici na rampě odčerpali z nádrží kapalný kyslík i letecký petrolej, aby nosič mohl být sklopen do horizontální polohy. K tomu došlo až v pátek našeho času, kdy už Floridu halila tma. Dá se očekávat, že se již brzy dočkáme přesunu do nedaleké montážní haly HIF, kde bude raketa definitivně připravena na start.

Součástí přípravy bude i sejmutí prázdného aerodynamického krytu a jeho nahrazení krytem skutečným, který ve svých útrobách ukrývá celkem 24 družic různého určení. Pokud budou všechny kontroly úspěšné, zamíří Falcon Heavy na startovní rampu znovu, tentokrát však již na start. Nutno připomenout, že boční stupně této rakety (B1052 a B 1053) měly už před statickým zážehem typickou patinu signalizující, že nejsou zbrusu nové. Je to skutečně tak – oba boční stupně jsou použité opakovaně. Premiéru si odbyly před pár týdny na misi s telekomunikační družicí Arabsat 6A, kdy úspěšně přistály na pevnině. Centrální stupeň pro aktuální misi je nový (B 1057) – nesouvisí to ani tak se ztrátou centrálního stupně z mise Arabsat 6A. O tom, že pro STP-2 bude vyroben nový centrální stupeň, se hovořilo ještě před startem Arabsatu.

Start mise STP-2 je momentálně naplánován na 25. června, přičemž startovní okno trvá čtyři hodiny a otevře se v 5:30 našeho času. To znamená jediné – na Floridě bude v té době noc (23:30 – 3:30 místního času) a my se tak dočkáme vůbec prvního nočního startu Falconu Heavy. Obě dosavadní mise této rakety proběhly za denního světla, takže nás čeká mimořádný zážitek.

Raketa po zážehu 27 motorů Merlin nabere směr nad Atlantik a postupně začne sklánět špičku k obzoru. Konkrétní časy jednotlivých událostí zatím nejsou k dispozici – SpaceX je zveřejňuje až v press-kitu, který vydává při vývozu rakety na startovní rampu. Časy na dalších řádcích jsou tedy odhadnuté podle předchozích misí a oproti realitě se mohou drobně lišit. Zhruba dvě a půl minuty po startu se vypnou motory na bočních stupních a za další čtyři sekundy dojde k jejich oddělení, zatímco centrální stupeň bude stále pracovat. K jeho vypnutí dojde tři a půl minuty po startu, přičemž v té době už za sebou budou mít boční stupně zpětný zážeh, který obrátí směr jejich letu zpátky nad pevninu.

Pár sekund po dohoření centrálního stupně dojde k jeho odhození a za dalších pár sekund se zapálí motor horního stupně. Oba boční stupně by měly přistávat synchronně na vybetonovaných plochách floridského kosmodromu, přičemž souběžné noční přistání bude jistě kouzelným zážitkem. Centrální stupeň se pokusí o přistání na mořské plošině, která bude čekat v rekordní vzdálenosti. Doposud byla nejdále při posledním startu Falconu Heavy (mise Arabsat 6A), kdy byla 967 kilometrů od pobřeží. Tentokrát však bude ještě dál – celých 1236 kilometrů od pobřeží. Připomeňme, že u první mise Falconu Heavy centrální stupeň záměrně minul přistávací plošinu, protože mu došla zápalná směs u motorů. U druhé mise centrální stupeň úspěšně přistál na mořské plošině, ale než k ní přijeli dělníci, aby stupeň zajistili, tak vlny rozhoupaly plošinu tak, že se stupeň skácel. Věřme tedy, že tentokrát to bude do třetice všeho dobrého.

Leckoho možná napadne, zda bude do akce povolána loď Ms. Tree dříve známá jako Mr. Steven, která chytá aerodynamické kryty. Ještě včera se zdálo, že odpověď bude negativní, ale nakonec přece jen vyplula na moře. Nechme se tedy překvapit. Horní stupeň svým prvním zážehem dosáhne parkovací oběžné dráhy a pak začne něco, co rakety běžně nedělají. Běžně to funguje tak, že se náklady oddělí na stejné dráze, maximálně že horní stupeň doručí náklady na dvě různé dráhy. Jenže tady se bude doručovat na tři různé dráhy. Trochu to připomíná situaci, kdy se parta kamarádů po náročné noci složí na taxík, aby je rozvezl do jejich domovů. A v roli onoho taxikáře bude tentokrát horní stupeň Falconu Heavy.

Známe sice plánovanou sekvenci oddělování družic, přesto se i zde sluší připomenout, že dokud nebude vydán press-kit, jsou další řádky pouhým odhadem – především z hlediska zážehů horního stupně. Nejprve bude oddělena družice OCULUS a cubesaty na dráze 300 × 860 km se sklonem 28° k rovníku. Následně horní stupeň vystoupá na novou dráhu (kruhová 720 km, sklon 24°), kde se oddělí PROX-1, NPSAT, OTB, GPIM a COSMIC-2. Následovat bude další změna dráhy – tentokrát na eliptickou 6000 × 12 000 se sklonem 44°, kde dojde k oddělení posledního nákladu – družice DSX. Jenže ani po oddělení nákladů mise pro Falcon Heavy neskončí. Následovat bude na přání zákazníka tři hodiny dlouhá přeletová fáze, po které přijde ještě pětisekundový zážeh motoru. Falcon Heavy tím americkému letectvu dokáže, že se umí restartovat i několik hodin po startu a zároveň tímto zážehem dojde k pasivaci nádrží.

V minulém odstavci jsme si již vynášené družice vyjmenovali, ale zatím o jejich úkolech nepadlo žádné slovo. Pojďme to tedy napravit a představme si cestující, kteří poletí na misi STP-2.

DSX – touto zkratkou se označuje družice amerického letectva o hmotnosti 600 kg, která má provádět základní výzkum v drsném radiačním prostředí střední oběžné dráhy. Na palubě družice najdeme tři základní experimenty. WPIx (Wave Particle Interaction Experiment) má rozřešit problémy s interakcí velmi nízkých frekvencí VLF s částicemi v okolí Země. SWx (Space Weather Experiments) změří a zmapuje rozložení protonů, elektronů a nízko energetického plazmatu ve vnitřní magnetosféře, aby mohly být vylepšeny předpovědní modely této oblasti. Z nich budou těžit provozovatelé družic při návrhu i provozu. Třetím experimentem je SFx (Space Environment Effects). Jeho úkolem je určit efekty střední oběžné dráhy Země na běžné elektronické součástky, obvody a materiály. Součástí jsou i experimenty NASA označované jako SET (Space Environment Testbeds). SET má definovat, jak záření ze Slunce v průběhu času ovlivňuje vlastnosti hardwaru. Cílem je najít cestu k omezení efektů solární aktivity na družice a kosmické lodě.

COSMIC-2 je sestava šesti družic (každá o hmotnosti 200 kg), které vznikly spoluprací mezi Národním úřadem pro oceán a atmosféru (NOAA), americkým letectvem (USAF), kalifornskou JPL, tchajwanskou Národní kosmickou organizací (NSPO), britské firmy Surrey Satellite Technology Limited (SSTL), Brazilského institutu kosmického výzkumu (INPE) a Australského meteorologického institutu (BoM). Tyto družice budou využívat signálu družic GPS, které budou z jejich pohledu nízko nad obzorem, takže jejich signál proletí zemskou atmosférou. Průchod vzdušnou masou pochopitelně signál ovlivní a z těchto změn bude možné určit, jakými podmínkami (především vlhkost a teplota) prošel. Z těchto dat bude možné zpřesnit předpověď počasí, ale uplatní se i u výzkumu ionosféry, klimatu či gravitace.

GPIM je 180 kg těžká družice, o které jsme již na našem webu psali. Celý název Green Propellant Infusion Mission přehledně říká, o čem tahle mise je. Má za úkol otestovat „zelenou“, tedy ekologicky příznivější alternativu tradičních chemických raketových motorů. Pokud by se tato méně škodlivá paliva prosadila, bylo by tankování raket i družic bezpečnější, rychlejší a méně nákladné. Méně striktní předpisy by zkrátily přípravy z týdnů na dny. V případě GPIM se má testovat palivo označované jako AF-M315E na bázi dusičnanu hydroxylamonného. Na družici najdeme dvě testovací trysky – jedna s tahem 22 N a druhá s tahem 1 N. Na misi spolupracuje NASA se společností Ball Aerospace & Technologies Corp. z coloradského Boulderu.

OCULUS je družice postavená studenty Michigan Technological University skrze program amerického letectva University Nanosatellite Program. Jeho cílem je poskytnout pozemským pozorovatelům kalibrační možnost, když se snaží určit polohu a konfiguraci družic pomocí optických snímků. Na povrchu této družice najdeme panely z různých materiálů a s různými tvary, které budou pozorovány ze Země. Družice bude zaznamenávat historii svých pozic pro dodatečnou korekci chyb pozemních pozorování.

OTB alias General Atomics Orbital Test Bed je modulární platforma založená na vyzkoušeném designu, která umožňuje testovat a ověřovat nové technologie. Na misi STP-2 bude platforma OTB vybavena hned několika technologickými experimenty, z nichž nejznámější jsou atomové hodiny pro hluboký vesmír. S jejich pomocí by se měla zrychlit výměna informací o pozici družice či kosmické lodi. V současné době to funguje tak, že pozemní středisko vyšle vstříc sondě signál a sonda jej okamžitě odešle zpět. Signál tedy putuje tam a zpět a z rozdílu času odeslání a přijetí se určí vzdálenost objektu. Pokud by však byly na sondě mimořádně přesné atomové hodiny, stačilo by jen vyslat signál ze Země a sonda sama by si vypočítala, jak dlouho signál letěl. Tyto konkrétní atomové hodiny postavili specialisté z JPL a od reálného času se odchylují o jednu sekundu za tři miliony let. I o této technologii jsme na našem webu již vydali samostatný článek.

NPSAT ukrývá dva experimenty Laboratoře námořního výzkumu NRL. Jejich cílem je prozkoumat kosmické počasí a podpořit povědomí o stavu okolního prostředí. Přístroje mají studovat ionosférické struktury a hustotu jejich elektronů, které komplikují radiovou komunikaci či navigaci. Na palubě je třeba CERTO – koherentní elektromagnetický radiový tomograf, nebo Langmuirova sonda vyrobená na NRL, která má zpřesnit data existujícího modelu ionosféry.

PROX-1 je mikrodružice, kterou postavili studenti Georgia Institute of Technology v Atlantě, opět prostřednictvím programu University Nanosat Program od amerického letectva. Tato družice bude mít za úkol vyzkoušet pohyb družice v těsné blízkosti jiných objektů, ale i setkávání s jinými objekty.

Právě z jeho útrob bude uvolněná družice LightSail 2, pomocí které plynule přejdeme k poslední kategorii nákladu, kterou jsou cubesaty. Samotná LightSail 2 (též někdy označovaná jako LightSail B)  je projektem Planetary Society a její realizaci zaplatila veřejnost. Jak již název napovídá, jejím cílem je ověření technologií sluneční plachty pro pohon družic pomocí tlaku slunečního záření. Její plachta bude mít plochu 32 metrů čtverečních a podle Planetary Society by měla být schopna zvýšit oběžnou dráhu o 1 km za den – na tomto 3U cubesatu nebude žádný jiný pohonný mechanismus.

Zbývajícími cubesaty na palubě jsou:

Dva cubesaty E-TBEx, které měří zkreslení radiových signálů cestujících skrz ionosféru použitím „majákových tónů“ vysílaných z osmi míst – šesti družic COSMIC-2 a dvou E-TBEx

Launch Environment Observer (LEO) & StangSat: Měří termální a vibrační prostředí během startu a má ověřit možnosti přenosu dat mezi dvěma cubesaty pomocí wi-fi.

PSAT2: Má podpořit globální komunitu radioamatérů tím, že jim poskytne přenosovou kapacitu. Cílí především na studenty a vědce po celém světě. Občany ČR může těšit, že na tomto 1,5U cubesatu je výrazný podpis odborníků z Brna, konkrétně z Vysokého učení technického.

TEPCE: Chce prověřit proveditelnost elektrodynamického pohybu. Ze svých útrob odvine kilometr dlouhé vlákno, které je elektricky vodivé a následně se bude pokoušet změnit svou oběžnou dráhu aniž by spotřebovával jakékoliv palivo.

Jak již bylo uvedeno výše, letectvo si u SpaceX objednalo tuto misi už v roce 2012, tedy jen rok po představení tohoto nosiče. To by vysvětlovalo až nečekaně nízkou hmotnost celého nákladu – 3,7 tuny. Leckoho tak možná napadne, proč se pro tuto misi použije Falcon Heavy – nestačil by jen Falcon 9? Důvody jsou v zásadě dva. Jednak je to dáno specifickými požadavky na profil mise, kdy má horní stupeň provést několik zážehů a roztahat družice na různé oběžné dráhy. U STP-2 bude na horním stupni ležet velká zodpovědnost a palivově si sáhne na dno. Bude se mu tedy hodit, že se ke slovu dostane o minutu později, než při běžném letu Falconu 9.

Druhý důvod souvisí s tím, že v roce 2012 měl být Falcon Heavy slabší než je dnes. Současná raketa tedy má při této misi stále určité rezervy. Svého času se dokonce uvažovalo o tom, že společně s družicemi poletí i pětitunový balast. Ten však byl nakonec z programu vypuštěn. Pokud bude mise úspěšná, dostane SpaceX za splnění všech milníků zaplaceno 160,9 milionu dolarů, což je nejvyšší cena v historii společnosti. Dá se to ale pochopit. SpaceX ještě nikdy neprovedla komplexnější a na plánování manévrů náročnější misi. Vždyť celá mise potrvá šest hodin, z čehož vypouštění nákladů zabere dvě třetiny. Celková cena této mise pro letectvo se pohybuje kolem 3/4 miliardy dolarů – do této sumy jsou započítány nejen náklady na start, ale i jednotlivé náklady.

Zdroje informací:
https://www.elonx.cz/
https://www.spacex.com/
https://forum.nasaspaceflight.com/

Zdroje obrázků:
https://i.redd.it/7hazyaxhakp21.png
https://pbs.twimg.com/media/D9a_-q8XUAAjxQb?format=jpg&name=large
https://pbs.twimg.com/media/D9X_7TOWkAULFXw.jpg
https://pbs.twimg.com/media/D9X9ktuXsAcHa5Y.jpg:large
https://scontent.fprg1-1.fna.fbcdn.net/…049317715f7b8a51a1b5c2ec4feddc38&oe=5BDDF2AE
https://www.spacex.com/sites/all/themes/spacex2012/images/stp/STP_Stills_DSX_1.jpg
https://www.spacex.com/sites/all/themes/spacex2012/images/stp/STP_Stills_FS7.jpg
https://www.spacex.com/sites/all/themes/spacex2012/images/stp/STP_Stills_GPIM_1.jpg
https://www.spacex.com/sites/all/themes/spacex2012/images/stp/STP_Stills_Oculus_1.jpg
https://www.spacex.com/sites/all/themes/spacex2012/images/stp/STP_Stills_OTB_1.jpg
https://www.spacex.com/sites/all/themes/spacex2012/images/stp/STP_Stills_NPSAT_1.jpg
https://www.spacex.com/sites/all/themes/spacex2012/images/stp/STP_Stills_Prox1_1.jpg
http://iho.hu/img/repules_12_06/120602_falcon_heavy/falcon-heavy-rocket.jpg