Firma Rocket Lab v roce 2019 oznámila, že plánuje zachraňovat a opakovaně používat první stupně svých raket Electron. Nyní se tato společnost sídlící v Kalifornii pokusila o vůbec první zachycení prvního stupně za letu. Zachycení samotné bylo sice úspěšné, ovšem pilot vrtulníku si všiml, že se charakteristiky zatížení odlišují od hodnot, které byly pozorovány při předešlých testech. Rozhodl se proto břemeno uvolnit, takže stupeň měkce dosedl na mořskou hladinu. Ale začněme hezky popořádku. Mise pojmenovaná There and Back Again (tam a zase zpátky) odstartovala 3. května v 0:49 našeho času a jejím cílem bylo doručit 34 družic na sun-synchronní oběžnou dráhu ve výšce 520 kilometrů. Mise původně měla startovat už 19. dubna, ovšem musela být několikrát odložena, protože se čekalo na vhodné počasí pro premiérový pokus o zachycení prvního stupně.
Mise There and Back Again odstartovala ze základny společnosti Rocket Lab na novozélandském poloostrově Māhia, konkrétně ze zdejší rampy LC-1A. Na této základně bychom totiž našli již dvě vzletové rampy – LC-1A a LC-1B, což firmě Rocket Lab umožňuje navýšit startovní kadenci z jednoho místa. Třetí rampa pro rakety Electron (LC-2) se mimochodem nachází ve Spojených státech na základně MARS (Mid-Atlantic Regional Spaceport) ve Virginii. Z této rampy však zatím žádná raketa neletěla – premiéra s družicí pro HawkEye 360 je momentálně plánována na prosinec letošního roku.
Zdroj: https://pbs.twimg.com/
Ale zpět k aktuální misi. Jednalo se již o třetí letošní start rakety Electron a 26. celkově. Electron je dvoustupňová raketa na kapalné pohonné látky, která byla navržena a je vyráběna samostatně firmou Rocket Lab. Tento nosič cílí na obsluhu trhu malých družic. Raketa měří na délku 18 metrů a její průměr činí 1,2 metru, přičemž je z velké části vyrobena z uhlíkového kompozitu. První stupeň pohání devět raketových motorů Rutherford, které spalují směs speciálně upraveného leteckého petroleje (označuje se RP-1) a kapalného kyslíku (LOX). Tyto raketové motory používají elektrická čerpadla, což je technologie, kterou začal Electron používat jako první orbitální raketa. Na druhém stupni je také motor Rutherford, který byl optimalizován pro provoz ve vakuu.
Electron může dostat i dodatečný horní stupeň (tzv. kick-stage), který pohání raketový motor Curie. Také tyto motory si firma vyrábí sama. Po doručení na eliptickou dráhu kolem Země se kick-stage oddělí od druhého stupně a začne pasivní přeletovou fázi. Ve vhodném okamžiku zažehne svůj raketový motor, aby před oddělením nákladu zakulatil oběžnou dráhu. Kick-stage umožňuje dosáhnout velmi přesně definované oběžné dráhy a je schopen opakovaných zážehů. Díky tomu dokáže dopravit různé náklady na lehce odlišné dráhy podle přání zákazníků.
Zdroj: https://pbs.twimg.com/
Pro tuto misi měl kick-stage za úkol provést jediný zážeh k zakulacení oběžné dráhy. Jeho zážeh přišel v čase T+57:49 a motor Curie se vypnul v čase T+59:11. Uvolnění všech družic proběhla krátce po dokončení tohoto zážehu. Jak již bylo uvedeno, celkem na Electronu letělo 34 malých družic od šesti firem. To mimochodem dost výrazně navýšilo počet družic, které zatím firma Rocket Lab vynesla – aktuálně je na 146 družicích. V rámci aktuální mise letěly čtyři pikodružice od firmy Alba Orbital. Jako pikodružice se označují družice, jejichž hmotnost je menší než 1 kilogram. Tři družice byly postavené firmou My Radar. Dvě z nich dostaly označení TRSI-2 a TRSI-3 – přidají se tedy k družici TRSI-1 vypuštěné raketou Electron v roce 2019 na misi Running out of Fingers. Třetí družice od firmy MyRadar nese název MyRadar-1. Dalším nákladem byla vlastní družice firmy Alba Orbital, která se jmenuje Unicorn-2 a je vybavena optickým systémem pro noční snímkování. Jejím úkolem má být sledování světelného znečištění na celé planetě.
Zdroj: https://pbs.twimg.com/
Jeden náklad dodala firma Astrix Astronautics a šlo o uvolnění družice v rámci firemního programu Copia. Tento systém má za cíl zlepšit omezení množství energie pro malé družice. Dalším nákladem byla družice AuroraSat-1 od firmy Aurora Propulsion Technologies. Jedná se o 1,5U CubeSat, který má demonstrovat možnosti odstraňování kosmického odpadu malých družic. AuroraSat-1 má testovat výklopné systémy označované jako plazmatické brzdy (Plasma brakes) – ty kombinují mikrolanko s nabitými kosmickými částicemi (ionosférickým plazmatem) za účelem generování tahu dost výrazného na bezpečnou deorbitaci družice na konci její služby.
Zdroj: https://pbs.twimg.com/
Tři náklady dodala firma E-Space a jedná se o tři demonstrační družice pro udržitelný družicový systém, který firma vyvíjí. Na konci své služby by se měly tyto družice pokusit o zachycení malých úlomků kosmické tříště, než se samy deorbitují. Cílem je samozřejmě snížit množství úlomků na oběžné dráze. Electron vynesl také družici BRO-6. Jde již o šestou družici ze sítě provozované firmou UNSEENLABS. Družice má pomoci celé síti zlepšit schopnost detekce radiových signálů. To dá firmě možnost detekovat lodě na hladině moří dokonce i když jsou jejich vysílače vypnuté. Posledním nákladem, který letěl na Electronu, byly dva balíčky družic SpaceBEE. Jedná se vlastně o CubeSaty ve velikostním rozmezí 0,25 U – 1U, které staví a provozuje společnost Swarm Technologies. S pomocí těchto družic nyní firma provozuje družicovou síť s nízkou šířkou pásma, která nabízí připojení k internetu pro produkty vyvíjené v rámci tzv. internetu věcí (IoT).
Zdroj: https://pbs.twimg.com/
Zdroj:
Když jsme si představili raketu, místo startu i náklad, je čas se podívat na samotnou záchranu prvního stupně. V roce 2019 Peter Beck, šéf firmy Rocket Lab, oznámil plány udělat z Electronu částečně znovupoužitelnou raketu. Takové rakety Falcon 9 a Falcon Heavy od firmy SpaceX mohou motoricky přistát buďto na jedné ze tří přistávacích mořských plošin nebo (pokud to parametry mise povolí) zpět na pevnině – na Landing Zone 1&2 na floridském Mysu Canaveral nebo na Landing Zone 4 na kalifornské Vandenbergově základně. Firma Rocket Lab se však vydala jinou cestou – naplánovala zachytávání prvního stupně rakety Electron pomocí helikoptéry v době, kdy bude stupeň klesat na padáku.
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com/
Součástí aktuální mise byl první pokus o zachycení stupně klesajícího na padáku, ovšem nemůžeme říct, že šlo o první záchranu stupně Electronu. Při 16. startu rakety Electron na misi Return to Sender (vráceno odesilateli) první stupeň po návratu do atmosféry vystřelil svůj padák a úspěšně dosedl do oceánu a mohl být převezen na pevninu. Důležité bylo, že se podařila prokázat schopnost prvního stupně přežít průchod atmosférou a úspěšně řídit svůj sestup – v rámci této mise se žádný pokus o zachycení vrtulníkem neprováděl. Stejný průběh měly ještě další dvě mise, čímž firma Rocket Lab získala další data o tom, jak stupeň zvládá návrat do atmosféry, nebo jaká vylepšení by mohla pomoci budoucím kusům. Jedním takovým vylepšením bylo přidání nové (velmi tenké) vrstvy tepelné izolace, která má pomoci chránit první stupeň před žárem vznikajícím při vstupu do atmosféry. Díky této ochranné vrstvě dostal první stupeň lesklejší kovový vzhled, který se výrazně lišil od dříve běžného černého povrchu, což bylo pro raketu Electron typické.
Samotný první pokus o zachycení prvního stupně proběhl až po mnoha testech zachycení za letu. K těmto zkouškám se používala testovací maketa, která simulovala první stupeň rakety Electron. K samotnému zachycení firma využila nový stroj ve své flotile – lehce modifikovaný vrtulník Sikorski S-92. Zhruba hodinu před startem rakety se vrtulník přesunul do oblasti, kam byl plánován sestup prvního stupně. Tato oblast se nacházela zhruba 280 kilometrů od pobřeží Nového Zélandu.
This is what it looked like from the front seats. pic.twitter.com/AwZfuWjwQD
— Peter Beck (@Peter_J_Beck) May 3, 2022
Jakmile první stupeň prošel atmosférou, mohlo sedm minut po startu dojít k vystřelení stabilizačního padáku. V té době se první stupeň nacházel ve výšce zhruba 13 kilometrů. Poté ve výšce kolem 6 kilometrů přišel hlavní padák. Zhruba osm minut po startu již hlavní padák zpomalil sestup stupně na rychlost kolem 10 m/s. Přibližně 18 minut po startu vrtulník proletěl těsně nad stupněm a zachytil jej pomocí háku, který byl připevněn na laně spuštěném z vrtulníku. Tento záchytný systém je navržen tak, aby hák způsobil svěšení padáku a zajistil první stupeň pro transport zpět na pevninu. Jen krátce po úspěšném zachycení však byl stupeň opět uvolněn, aby byla zajištěna bezpečnost vrtulníku i jeho pilota. Jelikož byl stupeň po měkkém dosednutí na mořskou hladinu vyloven, budou moci inženýři firmy Rocket Lab provést inspekci stupně. Možnost analyzovat skutečný použitý hardware umožňuje inženýrům vylepšit budoucí stroje.
Přeloženo z:
https://www.nasaspaceflight.com/
Zdroje obrázků:
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2022/05/catch.jpg
https://pbs.twimg.com/media/FRh7EWTVcAAqX_F?format=jpg&name=4096×4096
https://pbs.twimg.com/media/FQ0CBpGVcAADWTL?format=jpg&name=medium
https://pbs.twimg.com/media/FQ0DZyHVUAERV_Z?format=jpg&name=large
https://pbs.twimg.com/media/FQ0ETCPUYAAjPv4?format=jpg&name=4096×4096
https://pbs.twimg.com/media/FRxt9uNVIAA_6-K?format=jpg&name=large
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2022/04/FQQiwEmVsAQSJ5p.jpg
Nevíte náhodou někdo více podrobností k padáku na Electronu? Jednak by mě zajímalo, kolik to váží – je to sice jen první stupeň, ale i tady platí, že každý ušetřený kilogram se počítá. A pak je zajímavé, že i v náhledu oficiálního videa byl obrázek s padákem typu křídlo (ten náhled je u ukončeného videa už jiný), taktéž video z testu https://youtu.be/HOnNYWu6onU má tento typ padáku, ale aktuálně zachycovaný stupeň měl půlkulatý padák.
Já sice nejsem nějaký velký parašutista (jeden seskok skoro před třiceti lety :-)), ale chování křídla je úplně jiné – takový padák má velkou dopřednou rychlost a pokud jej zastavíte (např. tím, že vrtulník zachytí vytahovací padáček), tak v podstatě okamžitě zkolabuje a na další dynamiku letu má jen malý vliv. Půlkulaté padáky mají dopřednou rychlost minimální a mnohem snáz drží tvar. Z videa jsem měl pocit, že jej zachytili jen za jednu šňůru a pak se musí vrtulník poprat de-facto s plachtou, kterou ovlivňuje vítr, může se různě nafukovat a vyfukovat atp. Ví se tedy, proč přešli na půlkulatý padák a jsou k dispozici i nějaké záběry z testování s nimi?
Žádné bližší informace nejsou.
Zřejmě něco chybí. Peníze, elán, jednotná idea, jednotné velení?
Představuji si vedoucího projektu, jak překvapeně zvolá: „Který moula tam namontoval ten kulatý padák?!“
Ten kupolovitý padák mi taky moc nejde na rozum. Má význam při přistávání kosmických lodí, které dosedají na zem nebo na vodu a dopředná rychlost je u nich nežádoucí. U zachycení ve vzduchu mi přijde rozumnější to křídlo, které bývá právě díky dopředné rychlosti trochu lehčí (využívá vztlak) a stabilnější (netočí se, nepulzuje).
Možná se báli, aby jim booster neplachtil směrem od vrtulníku, což by při větší počáteční vzdálenosti mohlo znamenat, že ho nedostihne. V tomhle je kupolovitý padák předvídatelnější. Křídlo by potřebovalo aktivní řízení.
Snad přijdou s podrobnějšími informacemi, ale zachycení jen za pár šňůr a následná nestabilita sestavy mi přijde jako pravděpodobný scénář. Škoda.
Na tom videu z testu to vypadá, že padák letí od vrtulníku a ten jej dožene a zahákne za vytahovací padák, čímž hlavní padák (křídlo) v podstatě pověsí za prostředek. Ten se zpomalí, vyfoukne a je hotovo. Dopředná rychlost křídla není nic, co by vrtulník neměl stihnout (umí cca 300 km/hodinu), křídlo nemusí být nijak extra rychlé. Spíše si myslím, že padák musí především zpomalit stupeň z nadzvukových rychlostí při sestupu a tady netuším, jestli toho je křídlo schopné. Možná by pak potřebovali padáky dva, jeden na zabrždění na nějakou „normální“ rychlost a pak by se teprve otvíralo křídlo. A možná vyhodnotili, že je to zase nepřijatelné z pohledu hmotnosti nebo složitosti. Snad se někdy v budoucnu podělí o více informací.
No mě právě naopak moc nejde na rozum používání křídla, které si letí kam se mu zachce. A pokud říkáte, že jeho rychlost není taková, aby byl pro vrtulník problém ho dohnat, tak pak není ani taková, aby pro let dolů byl jeho horizontální pohyb nějakou extra výhodou. A ani ten efekt, že by snad bylo o něco lehčí než půlkulovitý padák ty ostatní nedostatky moc nevykrývá. Proto snad všechno co už šedesát let dopadá z kosmu na Zem nebo i třeba na Mars, dopadá na půlkulatých padácích.
Kryty Falconu 9 přistávají na křídlových padácích. A to právě proto, že je chtěli chytat, což je jednak lepší v nenulové dopředné rychlosti a také se křídlo dá mnohem lépe řídit. Akorát loď neměla dostatečné manévrovací schopnosti ani možnost počkat si a na kryt se zaměřit. Až nakonec zjistili, že je snazší používat vylovené kryty. To, co dopadá brzděné padákem až na povrch, vyžaduje co nejnižší vodorovnou rychlost, takže jsou křídla mimo hru hned od začátku.
Osobně vnímám jako hlavní výhodu křídla pro tuto aplikaci to, že po zbavení dopředné rychlosti zachycením, se prakticky okamžitě vyfouknou komory a křídlo se zbortí, čímž se ze stupně pod vrtulníkem stane běžný podvěšený náklad, na který je vrtulník konstruován. Je přitom celkem jedno, jestli jej chytí za šňůru vytahovacího padáku, nebo za šňůru samotného křídla. To u půlkulatého padáku nebude platit, tam při zachycení za kraj zůstane pytel, který se bude otáčet proti směru větru, tedy typicky proti směru letu vrtulníku a bude tak pohyb značně znesnadňovat.
Půlkulatý padák pro vojenské výsadkáře OVP-68 má svislou rychlost pádu kousek přes 5m/s a vodorovnou rychlost lehce přes 2m/s. Padák pro stupeň samozřejmě může mít jiný poměr plochy k hmotnosti a nemusí mít průduchy pro zajištění dopředného pohybu (ten padák pro výsadkáře má dopřednou rychlost záměrně, aby mohl výsadkář řízením padáku ovlivnit místo přistání). Pro samotný záchyt asi nebude podstatná výhoda ani nevýhoda ten dopředný pohyb, u křídla může být nižší rychlost klesání (generuje vztlak) a pro vrtulník může být snazší letět „za“ padákem a „ulovit“ ten za ním plandající vytahovací padáček. Ale jak už jsem psal, hlavní je to zborcení, proto mě překvapila ta změna.
Jinak křídlo si nemusí letět, kam se mu zachce – může být řízené (v podstatě stačí tahat za dvě šňůry) a i když nebude, tak to prostě poletí rovně. I při nějaké asymetrii (např. prasklá některá šňůra nebo komora) by to jednoduše plynule zatáčelo na jednu stranu, ale např. ve větru to není o nic nestabilnější, než půlkulatý padák. Jak je to s hmotností netuším – křídlové padáky mají menší plochu, než půlkulaté (pro výsadkáře), ale zase má křídlo dvě vrstvy a komory…
Co se tady stalo? Proč se to nepovedlo? Už se ví podrobnosti?
Od vysvětlení uvedeného v článku se nic nového neobjevilo.
Kupolovitý padák zajistí při stejné hmotnosti větší plochu (je jen jednovrstvý) a nižší rychlost klesání. To je důležité, protože vrtulníky nedokáží klesat příliš rychle.