Byl to jen jeden z mnoha projevů, jakých National Press Club ve Washintonu D.C. každý rok zažívá desítky. Tento ale navždy změnil tvář světové kosmonautiky – nejen v USA, ale i v Rusku, Číně, Japonsku, Evropě… U státních i soukromých subjektů. Elon Musk v projevu poprvé oznámil, že se chystá vyvinout opakovaně použitelnou raketu. Stalo se tak před deseti lety, 29. září 2011. „Plně znovupoužitelná raketa by dramaticky snížila cenu vynášení nákladu a lidí do vesmíru, což by učinilo průzkum a kolonizaci dalších světů mnohem dostupnější,“ uvedl Musk ve svém vystoupení. Netajil se ovšem pochybnostmi: „Uvidíme, jestli to bude fungovat. A pokud to fungovat bude, bude to opravdu velké.“

Existoval nespočet plánů, kterak z obřího Saturnu V zachránit alespoň první stupeň
Zdroj: https://history.nasa.gov

Snil o tom kdekdo

Snahy o znovupoužitelnost kosmické techniky přitom existují od počátku kosmické éry lidstva. Už v roce 1958 se v USA krátce studovala možnost realizace rakety Juno V, kterou konstruktér Wernher von Braun později označil za „Saturn v kolébce“. A už u ní se řešila otázka opakovaných startů. Vývoj Juna V byl ovšem zastavený, protože NASA měla jiné priority.

Koncept počítal s přistáním do moře na padáku po balistickém letu po skončení činnosti prvního stupně. Ten měl dosedat na mořskou hladinu: v podvěsu měl mít čidlo a jakmile by se dotklo hladiny, bylo by aktivováno několik malých raketových motorů na tuhá paliva. Stupeň pak měl být odtažený do přístavu.

Přistání prvního stupně Falconu 9 prezentované v září 2011: dnes jsme si už tak nějak zvykli, před deseti lety to bylo sci-fi. A dokonce možná více ono „fi“ než „sci“.
Zdroj: Screen z videa SpaceX (29. září 2011)

Následovala celá řada úvah o opakovaném použití nosných raket: od Saturnu I přes Saturn V (vzhledem k jeho vysoké ceně a značným výkonům, které dovolovaly přidat přistávací systém se objevila nápadů na záchranu celá řada: od instalace křídel přes zachytávání pomocí obřího vrtulníku až po řízené přistání do oceánu; kdyby byl mezi ctěnými čtenáři zájem, je to na samostatný článek…) až po raketoplány Space Shuttle. Právě ty byly prvním částečně opakovaně použitelným kosmickým systémem, byť zdaleka nenaplnily představy svých tvůrců: ti chtěli mít raketoplány mezi lety prakticky bezúdržbové, což se ale nepodařilo – a protože stroje na údržbu mezi misemi nebyly stavěné, ta se prodražovala a komplikovala.

Druhý stupeň Falconu 9 se statečně probíjí atmosférou, aby mohl přistát a letět znovu. Tato vize se realitou nestala.
Zdroj: Screen z videa SpaceX (29. září 2011)

Co se znovupoužitelnosti týká, můžeme ve výčtu projektů pokračovat: o záchraně pomocných motorů se uvažovalo u Ariane 5 (která ostatně byla celá postavena podle vzoru raketoplánů; vždyť jejím hlavním úkolem mělo být původně létání s raketoplánem Hermes), nerealizovaných plánů společností Rotary Rocket nebo Kistler (doporučujeme náš nedávný článek „Top 5: soukromé firmy, které si na vesmíru vylámaly zuby“) až po ruskou Eněrgiji nebo později koncept stupně Bajkal.

Vždy se ale nakonec ukázalo, že levnější a jednodušší je stavět pro každou misi novou raketu. Důvody byly různé: penalizace nosnosti u záchranných systémů, složitá doprava zachráněných stupňů, vyšší nároky na opakovaně použitelný hardware, ekonomická nevýhodnost opakovaného používání při nízkém počtu startů apod. (Německá DLR svého času spočítala, že se znovupoužitelnost kosmické techniky začne vyplácet až někde u hranice 20 až 25 letů za rok. Historie tomuto výpočtu dává za pravdu.) A pak přišel Elon Musk s tím, že se pokusí tento Gordický uzel rozetnout.

Druhý stupeň Falconu 9 přistává zpět na Zemi: nepoužívá přitom hlavní motor, ale motory pomocné (copak nám to připomíná?)
Zdroj: Screen z videa SpaceX (29. září 2011)

Cesta dle Elona Muska

Podle něj měla plně znovupoužitelná raketa vycházející z Falconu 9 (létá stále pod tímto názvem, ale víme, že dnešní Falcon 9 má s první generací těchto raket společný opravdu prakticky jen název) dramaticky změnit pravidla kosmických letů. Alespoň to tvrdil před deseti lety, onoho 29. září 2011.

Představoval si přitom plně znovupoužitelnou raketu: zachraňovat se měl první i druhý stupeň, stejně jako vynášená loď (že se z ní nebude zachraňovat servisní sekce „trunk“, bylo v prezentaci cudně zamlčeno; na druhé straně je to v kontextu celého systému banalita). Všechny tři části (první stupeň, druhý stupeň, loď) měly přistávat na vyhrazené betonové ploše nedaleko místa startu.

Motorickým přistáním bezpilotních i pilotovaných lodí Dragon se SpaceX vážně zabývala, ale nakonec zůstala u klasických padáků
Zdroj: Screen z videa SpaceX (29. září 2011)

Musk uvedl, že vícenásobná použitelnost obou stupňů představuje velkou technickou výzvu. Přítomné tak informoval, že každý kilogram vybavení potřebného ke znovupoužitelnosti druhého stupně se odečítá z užitečného zařízení. U prvního stupně je to pak snížení nosnosti o jeden kilogram nákladu na každých 5 kg vybavení určeného k záchraně stupně. Musk proto zdůraznil, že o znovupoužitelnost bude usilovat pouze v případě, že bude skutečně smysluplná a že před finálním rozhodováním chce mít co nejvíce odpovídajících dat.

Zároveň ale upozornil, že případný úspěch by mohl dramaticky změnit pravidla kosmických letů. Ilustroval to na příkladu „své“ rakety Falcon 9, která v závislosti na konfiguraci stála 50 až 60 mil. dolarů. „Ovšem cena paliva a okysličovala a podobných látek je jen 200 tisíc dolarů,“ zdůraznil Musk. „Takže je evidentní, že když můžeme znovu použít raketu, řekněme tisíckrát, připadnou na jeden start kapitálové náklady jen nějakých 50 tisíc dolarů.“ Jinými slovy: 50 tisíc dolarů amortizace rakety, 200 tisíc palivo – celý start 250 tisíc dolarů. (Tato jednoduchá matematika za realitou trochu kulhá, ale pro ilustraci drastického snížení nákladů postačuje. Padesát miliónů dolarů nebo půl miliónu: to je stonásobné zlevnění.)

Motorické přistání bezpilotních i pilotovaných lodí Dragon bylo testováno na základně McGregor (Texas), ale nakonec od něj bylo ustoupeno
Foto SpaceX

Elon Musk tehdy také představil tříminutové video. Doporučujeme pustit a všímat si různých drobných detailů, třeba systému záchrany druhého stupně a změn jeho konfigurace v průběhu letu. Video představuje opravdu pravé a nefalšované kosmické retro – a to od jeho zveřejnění uplynulo jen deset let! (Obrazová stránka je původní; za zvukový doprovod bychom ruku do ohně nedali. Ale opět: v daném případě to není podstatné.)

Znovu a znovu na start

Podotýkáme, že v době oznámení záměru plné znovupoužitelnosti rakety měla společnost SpaceX za sebou jen dva starty Falconu 9 (u obou se pokusila v tichosti zachránit první stupeň pomocí padáku a následného přistání do oceánu, ale ani v jednom případě se to nepodařilo). Ale už u šestého startu (září 2013) se firma pokusila o zkušební motorické přistání do oceánu. Následovala řada více či méně úspěšných pokusů (včetně testovacích letů zařízení Grasshopper a F9R Dev1) až v prosinci 2015 přistál vítězoslavně první stupeň Falconu 9 na mysu Canaveral. Dalším mezníkem bylo první ostré použití „odzkoušeného“ stupně. Stalo se tak v březnu 2017. V prosinci 2018 pak letěl poprvé první stupeň na svoji třetí misi. Dnes má SpaceX ve své flotile dva první stupně, které za sebou mají deset misí. Elon Musk nedávno prohlásil, že jediný způsob, jak zjistit životnost prvních stupňů, je létat s nimi tak dlouho, dokud se nerozsypou. Na opakovaně použitých stupních létají i astronauti: všechny tři letošní pilotované mise Crew Dragonu (Crew 2, Inspiration4, Crew 3) letí na „odzkoušených“ nosičích.

První majitel, německý důchodce, jezdil jen v neděli do kostela, nebourané, servisní knížka…
Foto SpaceX

Od znovupoužitelnosti druhého stupně Elon Musk na konci roku 2014 upustil: penalizace nosnosti (tepelný štít, palivo, podvozek…) byla příliš velká na to, aby měla smysl. V červenci 2017 nicméně tuto myšlenku veřejně oživil a prohlásil, že se možná o záchranu druhého stupně přece jen pokusí. Mj. mělo jít o součást testů pro program Starship. Žádný pokus se ale nikdy nekonal.

Loď Dragon 2 i v pilotované verzi Crew Dragon je opakovaně použitelná (kromě trunku). Firma SpaceX navíc recykluje i aerodynamické kryty, byť upustila od pokusů zachytávat je při sestupu do sítí na lodích a raději je vyzvedává rovnou z mořské hladiny. Kompletní ekonomický rozbor je krapet složitější a přesahuje možnosti tohoto příspěvku, nicméně sám Elon Musk loni v srpnu tweetoval, že kvůli penalizaci nosnosti (40 procent) a nákladům na přípravu ke druhému startu (10 procent ceny) je Falcon 9 po dvou misích ekonomicky na nule ve srovnání s jednorázovou raketou. Od třetí mise začínají výhody z opakovaného použití převažovat. Krom toho jsou známá i další čísla: víme třeba (ředitel integrace raket Christopher Couluris ze SpaceX), že cena za první start (hardware, pohonné látky, operace…) nového Falconu 9 je 28 mil. dolarů. Na druhý stupeň, který se nezachraňuje z toho připadá 8,4 mil. USD. Přesné rozdělení nákladů (hardware/pohonné a pracovní látky/operace/záchrana stupňů) není známo, ale dle Space News může jeden Falcon 9 letět i za méně než 15 mil. dolarů. Když si to srovnáme s původní už tak nízkou cenou rakety (50 až 60 mil. USD), tak je to během jedné dekády výrazný pokles. A i když ke slibovanému stonásobnému zlevnění zatím nedošlo, jde o natolik zásadní změnu v nákladech, že na ni musí reagovat všichni hráči na trhu.

„To bylo epické. To byla možná nejúžasnější věc, jakou jsem kdy viděl,“ komentoval synchronizované přistání dvou bočních bloků Falconu Heavy v únoru 2018 Elon Musk. Díky za tyto epické záběry – a těšíme se na další, ještě epičtější!
Foto SpaceX

Úplně jiný level v opakované použitelnosti a zvýšení dostupnosti kosmického prostoru by měl přinést systém Starship. Ale to už je zase jiná kapitola. Leč… Jak asi na současné snažení budeme vzpomínat za deset let?