Proč rakety SpaceX nepřistávají na padácích

Tady Tim Dodd, Everyday Astronaut. Dnes budu mluvit o tom, jak SpaceX přistává se svými raketami
a co to vůbec znamená. Odpovíme na některé důležité otázky
jako "Proč prostě nepoužijí padáky?" a "Co je na tom tak těžkého?" Abychom odpověděli,
uděláme pár zábavných experimentů a použijeme pár příkladů
v programu Kerbal Space Program. Pojďme na to!

Co je vlastně tak výjimečného
na přistání rakety? Pokud jste neviděli mé video
"Proč zahazovat rakety, když je lze použít znovu?",
navrhuji začít tam. Myšlenka opakovaně použitelné rakety
není převratným objevem SpaceX. Lidé se o to snaží již od
prvních raket. Jsem si jistý, že lidé stavějící první raketu
si říkali: "Ach jo, radši bych ji použil opakovaně,
než ji po jediném letu házet do moře." Přesně o totéž se pokoušel
i program raketoplánů.

Jedním z jeho hlavních cílů
byla záchrana a znovupoužití těch drahých motorů
na zadní části raketoplánu, čímž teoreticky měla klesnout cena. Nebudeme v tomto videu rozebírat,
proč tento plán tak docela nevyšel, ale vězte, že o znovupoužití raket
se snažíme už od jejich vzniku a dokonce jsme v 60. letech
měli pár cool nápadů na záchranu prvních stupňů Saturnu V. SpaceX se rozhodlo použít hlavní motory
na zpomalení nosiče a jemné dosednutí.

Asi se ptáte, proč
používají motory namísto padáků. Mrkněte na tohle. Jsem v 2. patře budovy
a venku je dost větrno, což se nám hodí na test toho, zda je přesnější přistání rakety
s padákem, nebo bez něj. Kéž bych měl po ruce nějakou raketu,
což samozřejmě mám! 3, 2, 1, hop! Podívejme se, trefa!

Tentokrát s padákem.
Uvidíme, jak přesná ta věcička je. 3, 2, 1, hop! Netrefil se ani zdaleka! Přistání pomocí padáku
nemůžeme nazývat přesným. V závislosti na větru může mít
přistávací oblast průměr několika kilometrů, kvůli čemuž by 47metrová,
18 tun vážící raketa mohla omylem přistát
třeba uprostřed plného parkoviště nebo v bažině plné naštvaných aligátorů
v Kennedyho vesmírném středisku.

Vítr může raketu při dosednutí
táhnout stranou, čímž ji kvůli vysoké horizontální rychlosti
pravděpodobně převrátí. Ale věřte tomu nebo ne,
padák schopný unést 18tunovou raketu by byl mnohem těžší než trocha paliva
navíc na zapálení motorů kvůli přistání. Proč je tedy přistání
raketového nosiče tak náročné? Proč se podařilo přistát orbitálnímu
raketovému nosiči až v roce 2015? Jednou z největších výzev je
velikost stroje a působících sil. Tady je pár opravdu šílených příkladů.

Při oddělení prvního a druhého stupně
cestují oba rychlostí přes 6 400 km/h ve výšce přes 110 km
nad zemským povrchem. Nezapomínejme, že jde o 15patrovou
budovu, která se buďto potřebuje obrátit a vrátit na přistávací plošinu
poblíž startovní rampy, což není možné vždycky
kvůli hmotnosti nákladu, nebo pokračovat v balistické trajektorii a přistát na plošině
velikosti fotbalového hřiště několik set kilometrů od pobřeží.

Totální šílenost! Raketa se pomocí série zážehů
perfektně nasměruje na cílové souřadnice buďto na zemi blízko startovní rampy,
nebo na plošině na moři. Když je raketa mimo atmosféru,
nemá žádný vzduch, o který by se opřela, a tak na manévrování
používá tyhle malé dusíkové trysky. Až se vrátí do atmosféry, je vybavena
takzvanými roštové kormidly, která ji pomohou
ve vzduchu nasměrovat. Tato kormidla –
a zároveň největší vaflovače na světě – fungují podobně
jako křidélka šipek.

Představte si vaši ruku
vystrčenou z auta při 100 km/h. Působící síla je dost velká
i při tak malé rychlosti. Teď si představte
rychlost přes 1 600 km/h. Jo, ta kormidla dokáží vyvinout
opravdu hodně síly. Dalším technickým úspěchem SpaceX
dosaženým díky přistávání raket je zdokonalení manévru
zvaného "hover slam". Spočívá v dosažení toho, aby raketa
zpomalila na nulu v nulové výšce.

Co to sakra znamená?
Ukážu vám to na příkladu. Představte si, že jste v autě,
které umí brzdit jen naplno, nebo vůbec. Jedete po silnici a chcete zastavit
přesně na přechodu. Když začnete brzdit moc brzy,
zastavíte se třeba 6 metrů před přechodem. Když začnete brzdit moc pozdě,
přechod přejedete. A přesně to Falcon 9
vypočítává při pokusu o přistání. Snaží se vypočítat optimální okamžik
pro vypnutí motoru, aby hladce a přesně dosedl.

Je to trochu přehnaný příklad, protože raketové motory
se dají přiškrtit, takže tah lze upravit,
čímž vznikne určitá tolerance chyb. V tom momentě raketa
letí prakticky na výpary, takže tento manévr musí být opravdu přesný
a nebylo vůbec jednoduché ho vyladit. Rychle poznamenám, že dosud
jsme hovořili výhradně o SpaceX, i když existuje i další raketová
společnost jménem Blue Origin, která rovněž vychytala
"hover slam".

Podařilo se jim to s jejich mnohem menší
suborbitální raketou zvanou New Shepard. Ale snad už za pár let se dočkáme
jejího většího orbitálního bratříčka jménem New Glenn, který na záchranu
nosiče použije podobné postupy. Znovupoužitelnost je možná svatým grálem, který vesmír více zpřístupní,
zlevní a učiní mnohem suprovějším. Osobně se nemohu dočkat,
až na vlastní oči uvidím, jak z nebe padá raketa,
která následně přistane. Zatím mi všechna
přistání na pevnině unikla, ale doufám,
že již brzy nějaké stihnu.

A určitě se o něj s vámi podělím. Pro více zábavy, vtipného
a poučného obsahu si zapněte odběr. Velké děkuji patří
mým přispěvatelům na Patreonu, kteří mi umožnili video natočit. Pokud chcete přispět na tento a další obsah kanálu Everyday Astronaut,
navštivte Patreon.com/EverydayAstronaut. Napište mi své otázky a komentáře
o vesmíru či raketách pod video.

Nebo si vystřelte z toho otřesného auta, které jsem vytvořil v Kerbalu.
Pardon. To je za mě všechno!
Jsem Tim Dodd, Everyday Astronaut. Přináším vesmír dolů
na Zemi pro běžné lidi. Překlad: Martin Dravecký
Korekce: Petr Melechin
www.elonx.cz