Astra opustila závoj tajností a chystá se na start

Astra opustila závoj tajností a chystá se na start

29. února 2020

2020021914144267-2554596853805225029-BCK_2588

Někdy během následujících dní by měla kalifornská společnost, která se nenápadně vyvíjela od roku 2016, zkusit vypustit tři cubesaty z aljašského kosmodromu pomocí lehké nosné rakety Rocket 3.0. Půjde o první ze dvou misí, které má provést do konce března, aby získala odměnu až 12 milionů dolarů od amerického letectva. Armádní agentura DARPA, uvádí, že potřebuje firmy, jako je Astra Space, které jsou připraveny vynést armádní náklad za nízkou cenu během krátké doby. Tato možnost dává armádním představitelům schopnost pružně reagovat na aktuální vývoj situace pomocí nejvhodnějších prostředků.

Vykládání Rocket 3.0 z transportního kontejneru
Zdroj: https://pbs.twimg.com/

„V dnešních podmínkách je příprava na kosmický start procesem, který musíte začít několik let před startem. Jste závislí na omezeném počtu ramp, které jsou vybaveny komplexní, často unikátní, drahou a nepřestěhovatelnou technikou,“ uvádí DARPA na svém webu a dále píše: „DARPA Launch Challenge má za cíl zdůraznit potřebu zlepšení časů, technologií, systémů a procesů, které v současné době omezují přístup do vesmíru. Chceme minimalizovat startovní infrastrukturu, zlepšit akceschopnost a získat výhodu v komerční startovní kadenci, abychom pro naše národní zájmy dosáhli schopnosti flexibilního plánování v řádu dní místo let.“

Zaměstnanci firmy Astra s raketou v kontejneru
Zdroj: https://pbs.twimg.com/

„Když jsme zpočátku rozjeli tuto výzvu, tak jsme z velké části využili věcí, které se děly na komerčním trhu,“ vzpomíná Todd Master, programový manažer Taktické technologické kanceláře v agentuře DARPA a dodává: „Viděli jsme zástupy opravdu zajímavých společností, které dělaly zajímavé věci. Mnohé z nich vypadaly, že by mohly splnit cíle naší DARPA Launch Challenge – byly flexibilní a pohotové. Když říkám flexibilní, myslím tím, že zvládnou startovat odkudkoli. Když řeknu pohotově, myslím tím start na povel. To jsou naše cíle, abychom jednoho dne mohli fungovat doslova kdekoli a doslova kdykoli.“

Příprava na ostrově Kodiak
Zdroj: https://mk0spaceflightnoa02a.kinstacdn.com/

Rychle reagující startovní systém byl přáním americké armády již dlouhé roky. DARPA sponzorovala několik armádních pokusů o vývoj takové rakety, ale úspěch byl minimální. Flexibilní malý nosič by podle Mastera mohl armádě pomoci s problémy spojenými s průzkumem terénu, či vyhodnocováním bojových ztrát. „Tyto možnosti používáme takticky, když máme vzdušný prostor pod kontrolou. Dělá se to ale mnohem hůře, když hovoříme o chráněném vzdušném prostoru nad jinými zeměmi nebo v blízkosti protivníků, kteří nám to mohou odmítnout,“ uvádí Master a dodává: „Myslím, že v budoucnu uvidíte mnohem větší využití taktické komunikace pro krátkodobé mise, protože dostupnost nákladů na ně klesá. Pokud si dokážete představit něco jako útok speciálních jednotek na chráněný cíl za nepřátelskými liniemi, bude velmi důležitou schopností získat značné množství dat pro komunikaci. Zejména když se podíváme na některé z věci z pohledu toho, jak by budoucí bojiště mohlo vypadat – schopnost přijmout a odeslat data, bude opravdu kritická.“

Vizualizace nerealizovaného projektu ALASA (Airborne Launch Assist Space Access)
Zdroj: https://spacenews.com/

Projekt Experimental Spaceplane Program, označovaný jako XS-1 vedený agenturou DARPA skončil minulý měsíc, když firma Boeing odstoupila od partnerské smlouvy. Agentura si tuto firmu vybrala, aby postavila hypersonický nosič, který by zvládl odstartovat jako raketa, uvolnil by horní stupeň k dosažení oběžné dráhy a pak by přistál na ranveji. Neslavně skončil i další podobný projekt agentury DARPA, program ALASA (Airborne Launch Assist Space Access), který skončil v roce 2015 aniž by cokoliv umístil na oběžnou dráhu. V rámci tohoto programu chtěla DARPA s firmou Boeing vyvinout ze stíhačky F-15E vypouštěnou raketu, která by doručila náklad na oběžnou dráhu. DARPA také financovala dva starty raket Falcon 1 v letech 2006 a 2007 – obě mise tehdy selhaly a poté, co Falcon 1 konečně dosáhl oběžné dráhy, SpaceX celý program ukončila ve prospěch silnějšího Falconu 9.

Letoun s první raketou Rocket 3.0 přistává na Aljašce.
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com/

Oficiální místa oznámila DARPA Launch Challenge v únoru 2018 a vloni se kvalifikovaly tři soukromé firmy. Jenže jedna z nich (Vector) vloni vyhlásila bankrot aniž by provedla orbitální let. Další firma, Virgin Orbit, z programu odstoupila, jelikož se chce zaměřovat spíše na komerční mise. Astra Space tak zůstala ve hře o výše zmíněnou finanční prémii jediná. Firma opustila režim tajností před pár týdny, když na webu Bloomberg vydala podrobný článek.

Pokud se firmě podaří uskutečnit první start z ostrova Kodiak, získá od agentury DARPA odměnu 2 miliony dolarů. A pokud se podaří vypustit i druhou raketu před 31. březnem, zaplatí DARPA firmě Astra Space dalších 10 milionů dolarů. V rámci flexibility, DARPA neuvedla, kdo vyrobil družice pro první start až do chvíle, kdy do startu zbýval měsíc. Samotný náklad pro misi, kterou Astra pojmenovala 1 of 3 (1 ze 3) nebo Rocket 3.0 byly firmě doručeny méně než týden před plánovaným startem.

Druhá chystaná mise má dvoutýdenní startovní okno, které se otevře 18. března. K tomuto startu se použije jiná rampa na ostrově Kodiak než v případě prvního startu, přičemž DARPA oznámila firmě Astra Space místo startu až 18. února, tedy měsíc před otevřením startovního okna. Důvodem je samozřejmě snaha postavit před firmu slušnou výzvu. Ale zpět k prvnímu startu – dvoutýdenní okno se otevřelo 17. února, přičemž firma Astra požádala o dodatečný čas na přípravu Rocket 3.0 a start naplánovala předběžně na 25. února.

1of3 Arriving in Kodiak pic.twitter.com/J0g39VIdAg

— Astra (@Astra) February 24, 2020

Nosná raketa Rocket 3.0 je dvoustupňová a na ostrov Kodiak dorazila z montážní haly v kalifornském městě Alameda již sestavená. Nosič měří na délku 11,6 metru a jeho průměr je 1,32 metru, takže se bez problémů vejde do nákladového prostoru běžného kamionu. Rocket 3.0 samotná dorazila letecky na letiště Pacific Spaceport Complex – Alaska na jihovýchodě ostrova Kodiak, odkud byla po zemi převezena na místo startu. Během minulého týdne jen desítka inženýrů firmy Astra Space vybalila raketu. Muselo se připravit i veškeré vybavení včetně mobilního vypouštěcího stolu. V této fázi došlo i k integraci tří cubesatů na horní stupeň rakety.

Rocket 3.0 na kosmodromu Kodiak.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

V pondělí DARPA uvedla, že se nepoletí v původním úterním termínu kvůli předpovědi, která na ostrově Kodiak slibovala nepříjemné zimní počasí. Nový termín měl být stanoven, až se podmínky zlepší. Hodiny odpočtu na webu agentury byly resetovány a vypadalo to, že se poletí ve čtvrtek. Upozornění pro piloty v dané oblasti plánované na úterý a středu byly zrušeny a místo nich se vydala varování nová pro čtvrtek, pátek a sobotu. Startovní okno trvá tři hodiny a každý den se otevírá ve 21:30 SEČ, což je 12:30 aljašského času. Ačkoliv okno pro první start končí 1. března, Master uvedl, že je tu snaha, aby byla předpověď na další čtyři dny v pořádku. „Takže pokud budeme během těch dvou týdnů mít každý den silný vítr, což tedy opravdu doufám, že nenastane, dali bychom jim nějaký čas navíc,“ uvedl Master. Aktuálně se zdá, že by ke startu mohlo dojít v sobotu – šlo by tedy o velmi neobvyklou situaci, kdy ke startu dojde v přestupný den.

Integrace nákladu pro první start Rocket 3.0
Zdroj: https://mk0spaceflightnoa02a.kinstacdn.com/

Samotná firma Astra Space byla založena v roce 2016 ve městě Alameda, které leží na druhé straně zátoky než San Francisco. Firmu založil Chris Kemp, podnikatel ze Sillicon Valley a bývalý IT vedoucí v NASA. Se založením mu pomáhal Adam London, který vedl startup Ventions zaměřený na miniaturizaci pohonných systémů raket. „Naším posláním je opravdu se zaměřit na Zemi, společnosti, vlády a na jakýkoli projekt, který pomáhá zlepšovat život na Zemi, pomáhá propojit život na Zemi, pozorovat a ovlivňovat naši rodnou planetu způsoby, které prosazují lidské zájmy a obchod,“ uvedl Kemp a dodal: „Myslím, že jsme velmi otevřeni spolupráci s jakoukoli vládní agenturou nebo komerčním subjektem, který má užitečné náklady zaměřené na naši planetu.“

Trh malých raket se v posledních letech masivně rozvíjí, ale nosič Rocket 3.0 se i v kategorii malých raket řadí mezi ty drobnější. „Navrhli jsme ji, aby se vešla do transportního kontejneru. Co se nosnosti týče, tak u této mise v režimu přímého dosažení oběžné dráhy, který je méně účinný, jsme někde lehce nad 10 kilogramy,“ uvedl 18. února na tiskové konferenci London a dodal: „Na heliosynchronní dráhu by zvládla doručit 25 kilogramů.“ Jiné firmy, které provozují nebo připravují malé rakety, většinou počítají s těžšími náklady.

Vizualizace letounu Cosmic Girl se zavěšenou raketou LauncherOne.
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com

Firma RocketLab, která zatím jako jediná provozuje malý nosič Electron, si poradí i se 150 kg těžkým nákladem na heliosynchronní dráhu ve výšce 550 kilometrů. Virgin Orbit, která odstoupila z DARPA Launch Challenge počítá, že její z letadla vypouštěná raketa LauncherOne vynese na podobnou dráhu 330 kilogramů. Ale jsou tu i další firmy a startupy – namátkou Relativity Space nebo Firefly Aerospace, které připravují malé nosiče, ale vždy silnější než raketa firmy Astra. Pořád však jde o drobečky ve srovnání s raketami, které provozuje třeba ULA nebo SpaceX. Po celém světě rostou jako houby po dešti soukromé firmy, které vyvíjí malé rakety. Ty jsou určeny k vynášení malých nákladů pro široké spektrum zákazníků – od komerčních až po armádní.

SS-520
Zdroj: http://global.jaxa.jp/

Ačkoliv jsme výše psali o tom, že rozměry a nosnost Rocket 3.0 jsou oproti ostatním konkurentům drobné, nebude se jednat o nejmenší raketu, která kdy dosáhla oběžné dráhy. Tento rekord drží japonská SS-520-5, což je upravená verze suborbitální rakety na tuhé pohonné látky. Ta startovala pouze jednou v roce 2018, když v rámci demonstrace japonských schopností vynesla jeden cubesat.

Ale zpět k firmě Astra Space. Její Rocket 3.0 má na prvním stupni pět motorů, které spalují letecký petrolej, přičemž druhý stupeň má motor jeden. V roce 2018 vzlétly z ostrova Kodiak dva suborbitální prototypy, které Federální letecký úřad zhodnotil jako neúspěšné. Webové stránky firmy Alpha však zmiňují, že oba starty byly úspěšné. U druhého je však diplomatická poznámka, že let byl kratší, než se čekalo. Poznatky získané při vypouštění obou suborbitálních prototypů byly integrovány do vývoje rakety Rocket 3.0, která už nemá za cíl provést suborbitální skok, ale rovnou dosáhnout oběžné dráhy.

Firma Astra připravuje raketu pro první orbitální start
Zdroj: https://pbs.twimg.com/

„Už jsme v Kalifornii provedli spoustu testů s horním i prvním stupněm, které prošly statickými zážehy s plnou délkou chodu,“ uvedl Kemp a dodal: „Ale co jsme zatím neudělali (a uděláme to na opravdu hodně veřejné scéně), je sestavit celý systém a udělat závěrečný test. V něm musí doslova všechno perfektně fungovat, abychom dosáhli cílů této výzvy.“ U nových raket je často potřeba několika startovních pokusů, než konečně dosáhnou oběžné dráhy. „Z pohledu naší společnosti stojíme o sérii startů, které povedou k dosažení oběžné dráhy, nemusí to být u prvního startu,“ sdělil Kemp a pokračoval: „Tento první start přinese agentuře DARPA systém, který se může pohybovat po celé Zemi, aby vypustil malé a dostupné náklady na orbitu Země. Ale z pohledu naší společnosti je to první ze série startů, kde dosáhneme oběžné dráhy. Na poprvé otestujeme celý systém – vypouštěcí zařízení, raketu, software a vše, co je v dosahu – jako plně integrovanou sadu hardwaru a softwaru.“

Start suborbitálního prototypu z ostrova Kodiak provedený firmou Astra v roce 2018.
Zdroj: https://pbs.twimg.com/

Investoři zafinancovali vývoj firmy Astra Space porcí 100 milionů dolarů, což pokrylo i výstavbu továrny s rozlohou dva a čtvrt hektaru. Náklady tedy byly výrazně vyšší než 12 milionů dolarů, které může firma dostat od agentury DARPA. „Technologická výzva většinou nebývá skvělým způsobem, jak si finančně polepšit,“ uznává Master a dodává: „Záměrem není si výhrou v této výzvě vydělat peníze. Nemyslím si, že ve většině našich předešlých výzev byste viděli, že jakýkoli tým pravděpodobně vyšel nutně v černých číslech jako přímý výsledek jejich výher. Pobídky, které jsme doufali, že týmy uvidí, když do výzvy vstoupí, byly, že možná budou muset trochu investovat, aby vyhráli tuto výzvu. Ale jakmile to udělají, budou se moci chlubit, že je to pouze díky jejich jedinečným schopnostem.“

@Astra's rocket "1 of 3" is moved into vertical position at the Pacific Spaceport Complex – Alaska. Today the team is going through "wet dress rehearsal" in which the liquid propellant will be added to the rocket, but not fired. See updates at https://t.co/B6W9hM68YF pic.twitter.com/PfO3HaWiDA

— DARPA (@DARPA) February 27, 2020

Kemp na tiskové konferenci 18. února trochu zchladil očekávání, že první let firmy Astra Space bude stoprocentně úspěšný: „Byli bychom potěšeni, ale neočekáváme, že zde dosáhneme všech cílů. Ale Spojené státy budou mít přenosný vypouštěcí systém. Jsme schopni a budeme v příštích měsících vypouštět a vypouštět a znovu vypouštět potenciálně z různých míst. Nyní budeme mít možnost, kterou DARPA vždy chtěla – aby si Amerika poradila s kreativní výzvou. Myslím si, že do jisté míry již daňoví poplatníci vyhráli, protože jsme vyvinuli systém, který bude fungovat. A my jsme opravdu nadšení, že máme příležitost to pojmout formou vzájemného soupeření firem.“

Firma Astra testuje své rakety na dohled od ikonického mostu Golden Gate.
Zdroj: https://mk0spaceflightnoa02a.kinstacdn.com/

Master dále uvedl, že DARPA Launch Challenge byla postavena tak, aby se odlišovala od typických armádních vyjednávání o startech. „I když jsme nesmírně nadšeni tím, že máme tým, o kterém doufáme, že je schopen tuto výzvu splnit – a domníváme se, že přístup firmy Astra je životaschopný – součástí cíle, který jsme si stanovili, nebylo nutné mít preferovaného poskytovatele nebo preferovaný přístup.“ Při typickém zadávání veřejných zakázek může agentura DARPA (nebo jiné armádní agentury) podat žádost o předložení návrhů na vyžádání nabídek od dodavatelů. „A s těmito poskytovateli zadáváme a spravujeme smlouvu,“ uvedl Master a dodal: „V případě výzvy jsme v podstatě stanovili cíle a je opravdu na konkrétní firmě, aby rozhodla, jak tyto cíle splní. Trochu nás to odnáší od kormidla, což je pro inženýra někdy těžké, protože nemáte konkrétní pohled do dané věci. Opravdu však chci říci, že i když věříme firmě Astra Space a rádi bychom dosáhli našich cílů, tak to není nutně jediný preferovaný přístup DARPA. Je to však přístup, který s největší pravděpodobností vyřeší tuto výzvu v nejbližší době.“

Cubesaty Prometheus.
Zdroj: https://mk0spaceflightnoa02a.kinstacdn.com/

Agentura DARPA minulý týden odtajnila, jaké náklady vlastně poletí na prvním startu v rámci DARPA Launch Challenge. Prvním vynášeným cubesatem je Prometheus vyvinutý Los Alamos National Laboratory pro Ministerstvo obrany. Již dříve letělo na oběžnou dráhu několik cubesatů Prometheus, přičemž ten aktuální má za úkol „zkrátit lhůty pro zadávání úkolů a šířit data s cílem poskytnout vojenským operátorům takticky relevantní informace“. Dále zde najdeme dva identické cubesaty postavené na University of South Florida, které společně tvoří projekt ARCE-1. Tato dvojice má podle agentury DARPA za úkol „letět společně na stejné oběžné dráze a provádět mezidružicovou komunikaci s vysokým stupněm autonomie celého systému. Prostřednictvím ARCE-1 se University of South Florida zaměřuje na demonstraci algoritmů a hardwaru, které jsou nezbytné pro velké konstelace družic na LEO. Tyto sítě se mají inteligentně překonfigurovat pro různé úkoly, budou si muset poradit s poškozenými družicemi a přitom budou pracovat jen s minimálním dohledem ze strany pozemních operátorů.“

Rocket 3.0
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com/

K hornímu stupni Rocket 3.0 zůstane připojen miniaturní radiový vysílač SOARS (Space Object Automated Reporting Systems), který má umožnit inženýrům vylepšit sledování objektů na oběžné dráze. Nosič míří na dráhu ve výšce 445 kilometrů se sklonem 97,2° vůči rovníku. „Přestože bychom chtěli, aby zástupci firmy Astra dosáhli cílové oběžné dráhy – koneční zákazníci nakonec chtějí dosáhnout jiné oběžné dráhy – našim kritériem úspěchu z výzvy je dosažení oběžné dráhy,“ uvedl Master a vysvětlil: „Pro účely této výzvy jsme definovali orbitu jako kruhovou oběžnou dráhu ve výšce 250 kilometrů, která může pro někoho vypadat nízko, ale z budoucího případu vojenského taktického použití by stále byla výhodná. Věříme, že pokud je tým schopen úspěšně dosáhnout oběžné dráhy prostřednictvím správné funkce prvního i druhého stupně, oddělení užitečného nákladu atd., tak skutečně splnil technické cíle, které jsme stanovili, a zlepšení může následovat.“

Pět motorů na prvním stupni Rocket 3.0
Zdroj: https://pbs.twimg.com/

Jak již bylo řečeno, pokud první start v rámci DARPA Launch Challenge dosáhne oběžné dráhy, pokusí se Astra Space vypustit další várku malých družic ve druhé polovině března. „Abychom mohli vyhrát tuto výzvu, musíme být připraveni za několik týdnů vypustit další raketu,“ říká Kemp a pokračuje: „Tichými hrdiny v pozadí jsou týmy tady v Bay Area, které vyrábějí rakety. Máme tedy továrnu, která vyrábí rakety – přibližně jednou za měsíc. Máme další z 90 % kompletní nosič. A i když uspějeme, nebo se poučíme (každý výsledek je pro nás dobrý) od tohoto prvního startu buďto provedeme změny, nebo otestujeme a dodáme další raketu a vypustíme ji znovu v příštím nebo přespříštím měsíci. A tak to půjde pořád dál. Myslím, že bez této výzvy by to trvalo déle a určitě by pro nás nebylo možné prokázat naše schopnosti startovat odkudkoliv.“

Výrobní areál firmy Astra.
Zdroj: https://pbs.twimg.com/

Pravidla DARPA Launch Challenge od začátku uváděla, že druhý start musí proběhnout z jiného místa než ten první. Zvažovala se Vandenbergova základna, ostrov San Nicolas v Kalifornii a Wallops Island ve Virginii. Nakonec DARPA rozhodla, že i druhý start proběhne z Kodiaku, jen z jiné rampy, která bude vzdálená 300 metrů od rampy pro první start. „Tým bude muset při prvním startu dosáhnout trajektorie, kterou jsme jim určili s nákladem, který jsme jim určili,“ říká Master a dodává: „Pokud uspějí, budou muset přepočítat novou trajektorii z nového místa pro nový náklad. Konečným důvodem, proč jsme se rozhodli udělat to takto bylo, že jakmile jsme se na to podívali, tak jsme opravdu nechtěli udělat z toho všeho jen logistickou výzvu. Ať už bychom se pohybovali o 3 000 kilometrů nebo 300 metrů, technické problémy s tím spojené a přínos toho, co se snažíme demonstrovat z hlediska cílů, zůstává stejný.“

Vizualizace Rocket 3.0
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com/

Zástupci agentury DARPA hodně stáli o druhý start z kosmodromu ve Virginii, ale tamní provoz je rušnější než na Kodiaku – startují odsud rakety Antares a Minotuar od firmy Northrop Grumman. Finálními zkouškami tam prochází vzletová rampa od firmy RocketLab – jednoho z konkurentů společnosti Astra Space. Roli v rozhodování ale hrála i skutečnost, že okolí kosmodromu ve Virginii je obydlené hustěji než okolí ostrova Kodiak.

Pam Underwood, manažerka Federálního leteckého úřadu uvedla, že federální agentura bude muset schválit samostatnou žádost pro druhý start, jelikož k němu dojde z jiné rampy a bude mít jinou trajektorii. Povolení pro první start se to ale netýká, to již bylo uděleno. V rámci aktuálního startu z aljašského kosmodromu Master zmínil, že se bude experimentovat s novými technikami pro redukci vlivu kosmických startů na letecký provoz: „Víme, že v budoucnu chceme používat vesmírné starty mnohem častěji. Zapojení letového provozu se tím stává rostoucí výzvou. V dnešní době se starty obecně považují za národní událost. Uzavíráme spousty a spoustu koridorů letového provozu. Když budeme mít deset startů ročně, je něco takového stále zvládnutelné, ale jakmile začneme expandovat na stovky startů ročně, tento přístup již nebude fungovat. Velmi brzy jsme zjistili, že s tím budeme mít problémy a chtěli jsme zavést včasná řešení.“

Space Data Integrator by měl zapracovat data ze startů a naopak ze vstupů objektů do atmosféry do operačních leteckých systémů. FAA tak bude moci sledovat dráhu startu nebo vstupu do atmosféry. FAA poprvé aktivovala Space Data Integrator v roce 2018 při suborbitálním skoku zařízení New Shepard od Blue Origin – tehdy však systém fungoval je v tzv. stínovém režimu – nevydával tedy žádná rozhodnutí, pouze se sledovalo, jak se bude chovat. „Tady začneme integrovat data o startu v reálném čase do širšího systému řízení letového provozu. To nám umožňuje tyto informace posílat zpět FAA a poté dynamicky řídit okna při zachování bezpečnosti,“ uvedl Mark Lester, prezident firmy Alaska Aerospace, která vlastní a provozuje Pacific Spaceport Complex – Alaska a dodává: „I když nechceme zácpy, které má východní pobřeží, jsou tu transpacifické lety, na které musíme pamatovat stejně jako na místní letecké dopravce. Je tedy vzrušující vše integrovat společně, když zvyšujeme tempo našich operací.“