Pohled do historie znovupoužitelných vesmírných systémů

Jedním z nejpozoruhodnějších
záběrů posledních let bylo synchronizované přistání
bočních stupňů Falconu Heavy, a přestože centrální stupeň
to zpátky nezvládl, protože mu došla zápalná směs
pro nastartování všech přistávacích motorů, mise byla celkově úspěšná. Ale SpaceX nebylo první firmou,
která použila tuto techniku, a jak za chvíli uvidíte,
existují i ​​jiné způsoby, jak dostat nosiče bezpečně zpět na zem,
aniž by shořely v atmosféře.

Manévr, který používá SpaceX,
se nazývá návratový let a vyžaduje perfektní koordinaci
trysek na dusíkový plyn, motorů s vektorováním tahu
a čtyř roštových kormidel: teplu odolných ploch
korigujících letovou trasu. První stupeň Falconu 9 váží
s prázdnými nádržemi přes 14 tun a dokáže s ohromnou přesností bezpečně
přistát po návratu z hranice vesmíru. Po oddělení od druhého stupně
při hypersonických rychlostech ve výšce přes 70 km se Falcon 9 dokáže
vypořádat s nepředvídatelným počasím ve vyšších vrstvách atmosféry
a přistane na předem určeném místě na Zemi.

Jen jedna další raketa dokáže
předvést podobný výkon, a to New Shepard, suborbitální raketa
vyvinutá firmou Blue Origin Jeffa Bezose. New Shepard je zdoben
obrovským pírkem, které podle Bezose symbolizuje
dokonalost létání. 23. listopadu 2015 se New Shepard
stal první raketou, která vyletěla do vesmíru
a následně vertikálně přistála. O necelý měsíc později,
21.

prosince 2015, se Falcon 9 stal první raketou,
která na orbitu vynesla náklad a následně také vertikálně přistála. Věk znovupoužitelných raket začal, ale proč trvalo tak dlouho,
než k tomu došlo? Přistání rakety představuje
pár vážných technických výzev, ale hlavním důvodem zdržení byla
omezená poptávka po orbitálních startech. V minulosti vládly raketovému průmyslu
národní a mezinárodní kosmické agentury. Avšak i bohaté vlády měly často
nedostatek prostředků na podporu vývoje vesmírných technologií.

Opakovaná selhání při startech
vládou podpořených prototypů často končila zrušením celého projektu. A přesně to se stalo mnohým
geniálním strojům 20. století, které často na tomto kanálu rozebíráme. Jeff Bezos a Elon Musk
investovali své osobní bohatství do znovupoužitelných raket s očekáváním,
že snížení cen startů podpoří růst trhu. SpaceX a Blue Origin vyplňují díru na trhu
vytvořenou národními kosmickými agenturami.

Ale znovupoužitelné stroje byly prioritou
NASA již v 70. letech minulého století. Jenže poté, co byl vybrán raketoplán, se Amerika s designem
zasekla na celou generaci. Také se zjistilo,
že raketoplán je velmi drahý, a postupem času
jeho efektivita jen klesala. Na druhé straně Železné opony
se odehrával podobný příběh s Buranem. Sovětská obdoba raketoplánu
byla také obrovským žroutem peněz, který si Sověstský svaz
nakonec nemohl dovolit.

Ale proč nejsou okřídlené stroje schopné
plnit úlohu, pro kterou byly určeny – být levným a znovupoužitelným systémem? Neefektivnost designu raketoplánu
vyplývá z rozhodnutí táhnout s sebou na orbitu
obrovská křídla a dodatečné motory. Americký raketoplán vážil 68 tun,
Buran vážil 62 tun a oba dokázaly na nízkou orbitu Země
dopravit náklad do 30 tun. Raketoplán i Buran tedy ztrojnásobily
celkovou hmotnost nákladu, který bylo třeba dostat na orbitu, nemluvě o urychlovacích blocích,
palivových nádržích a všem potřebném.

Dost ironicky, dodatečná hmotnost
prostorů pro posádku, křídel a tepelného štítu navíc zvyšovala
nebezpečí při pilotovaných letech, jelikož každá tuna navíc,
kterou urychlíte na orbitální rychlost, musí být při návratu
také zpomalena v atmosféře, čímž vzniká spousta tepla
a každé navýšení hmotnosti ho jen zvyšuje. Raketoplán a Buran tento problém řešily tím,
že byly rozměrné a převážně duté, takže jejich plocha dostatečně vyvažovala
hmotnost při atmosférickém brzdění.

Další skupina vesmírných letadel
snižuje atmosférický tlak při návratu snížením hmotnosti plavidla
vynášeného na orbitu. Malé raketoplány jsou ve vývoji už od roku 1960, kdy vznikl
koncept X-20 Dyna-soar. A robotická orbitální plavidla 21. století
dokáží s ještě menší hmotností mnohem více. Bez prostorů pro posádku či podpory života
dokáží být ještě ekonomičtější. Amerika má dnes ve vývoji
dva robotické raketoplány. Boeing X-37 či Orbitální testovací plavidlo a Dream Chaser firmy
Sierra Nevada Corporation.

Oba startují vertikálně,
při návratu kloužou atmosférou a přistávají horizontálně na ranveji. Zahanbit se nechce nechat ani Čína, která pracuje na plavidle jménem
Shenlong neboli "božský drak". Shenlong se aerodynamicky podobá X-37,
ale zatím jsme ho viděli jen ve zmenšené verzi při testovacím shození z bombardéru
H6 čínských vzdušných sil v roce 2007. Ale zatímco pomalu probíhá vývoj
malých raketoplánů, znovupoužitelné nosiče byly studovány
desítky let, občas se schopností návratu ze vzdálenosti daleko převyšující
schopnosti Falcon 9 či New Shepard.

Druhá generace programu Eněrgija určená
k vynášení sovětského raketoplánu, nazývaná Uragan,
byla plánována jako plně znovupoužitelný systém s vertikálním startem
a horizontálním přistáním. Stejně jako původní raketa Eněrgija,
i Uragan by používal urychlovací bloky poháněné čtyřkomorovým
motorem RD-170. RD-170 předběhl svou dobu
a byl navržen až na 10 zážehů, přičemž v testech zvládl až 20 zážehů.

Sovětští inženýři si uvědomili,
že díky schopnosti opětovného zapálení by bylo možné každý nosič
použít na mnoho startů. Po oddělení pomocných raket Uraganu
by se rozvinula křídla pro zpomalení při vstupu do atmosféry
a přistání na ranveji. Hlavní nosič Uraganu byl také
vybaven křídly podobnými Buranu a na zem by se vracel pomocí techniky
vyvinuté pro vesmírný bombardér, který navrhl Eugen Saenger v rok 1943.

To by pro hlavní nosič znamenalo, že by přeskakoval
v horních vrstvách atmosféry kolem zeměkoule, dokud by se nedostal zpět nad rampu
a pak by přistál stejně jako Buran. Ačkoli bylo od tohoto designu upuštěno, myšlenka na okřídlený nosič
byla příliš lákavá. Po pádu Sovětského svazu se znovu objevila
v návrhu nosiče systému Angora. Návratový nosič se nazýval Bajkal
a šlo v podstatě o identický koncept, jako měl Uragan, vybavený křídly
a turbínovým motorem RD-33 pro atmosférický let. Obdobný systém studovalo v roce 1999
i Německé letecké středisko DLR, aby nahradilo raketové nosiče
na pevná paliva na raketě Ariane 5.

Každý návratový nosič
na tekuté palivo neboli LFBB měl vpředu vodorovné řídící plochy,
zadní křídla a motor s turbodmychadlem, což nosiči dalo všechny
aerodynamické vlastnosti letadla. Vývoj designu LFBB pokročil
až ke zmenšenému testovacímu modelu, ale poté byl zrušen nejspíš proto,
že hardware byl příliš velký a komplexní na to,
aby umožnil ekonomické úspory. ESA ale nedávno financovala
nový znovupoužitelný první stupeň vyvíjený společností Airbus, který by měl
pracovat s připravovanou Ariane 6.

"Pokročilý jednorázový nosič s inovativní
ekonomikou pohonu" neboli ADELINE používá nezvyklou sadu
aerodynamických prvků, aby bylo dosaženo co nejefektivnějších
a nejlepších návratových vlastností. Poté, co nosiči dojde palivo,
Adeline se oddělí a vstoupí do atmosféry chráněna
před teplem štítem na nose. Až atmosféra zhoustne,
nosič použije křídla a dvojici vrtulí, aby se navedl na přistávací ranvej.

Vrtule dosahují ještě vyšší
účinnosti než proudové motory, takže je potřeba na zpáteční cestu
vyhradit méně paliva. To, co dnes dělá SpaceX,
nutí zbytek raketového průmyslu přehodnotit jejich jednorázové systémy. Před pár lety Ruská kosmická agentura
Roskosmos tvrdila, že nevidí ve vývoji znovupoužitelných
nosičů žádný význam. Ale po nedávných úspěších SpaceX
a rostoucím podílu této firmy na trhu Roscosmos tvrdí, že aktivně zkoumá
znovupoužitelné rakety.

Můžeme tedy v budoucnu
očekávat nové druhy raket, které se dokáží vrátit na základnu. Co si myslíte vy o vizi znovupoužitelnosti
firem SpaceX a Blue Origin? Dejte mi vědět v komentářích. Také chci poděkovat
všem našim podporovatelům, o čemž najdete více informací
na právě zobrazeném odkazu. Také se nezapomeňte
podívat na naše další videa. A mně zbývá říct už jen: Díky za sledování a prosím
odebírejte, lajkujte a sdílejte.

Překlad: Martin Dravecký
Korekce: Jana Uhrinová, Petr Melechin
www.elonx.cz