Proč SpaceX někdy přistává na pevnině a jindy na moři?

Ahoj, tady Tim Dodd,
Everyday Astronaut. SpaceX je dnes
v přistávání raket Falcon 9 lepší, než jsem já v pouštění draků... Ale často slýchám jednu otázku: "Proč někdy přistávají na mořské plošině
a jindy na pevnině? A občas se SpaceX
nepokouší o přistání vůbec." Abychom na to odpověděli,
projdeme všemi proměnnými ve hře a ukážeme si pár příkladů se standardními
žirafonauty v kabrioletu.

Počkat, cože?
Ano, dneska to bude stát za to! Sledovat přistání raket SpaceX je
v dnešní době možná ta nejúžasnější věc. Pokud nevíte, o čem vlastně mluvím,
podívejte se na moje video "Proč zahazovat rakety".
Nebo pokud jste nováček a potřebujete si projít základní pojmy,
navrhuji začít mou sérií "Raketový slovník pro začátečníky". Takže, viděli jsme SpaceX přistávat
jak na autonomních přistávacích robotických plošinách (ASDS),
tak na pevnině, na přistávací plošině LZ-1
v Kennedyho vesmírném středisku.

Jejich dvě plošiny o velikosti
fotbalových hřišť jsou pojmenované Of Course I Still Love You
a Just Read the Instructions, což odkazuje na sci-fi knihu
The Player of Games. Co tedy rozhoduje o tom,
kde Falcon 9 přistane? Jsem rád, že se ptáte,
protože je to fakt jednoduché. Nejprve pomocí metody Runge-Kutta
integrujeme systém diferenciálních rovnic pro vektor počátečních stavů
do libovolného bodu v čase.

Pak derivujeme pohybovou
rovnici našeho plavidla, přidáme vzdušné brzdění v podobě
vysoce provázaných, nelineárních, diferenciálních translačních rovnic
vyžadujících numerické postupy. Vůbec netuším,
co to vlastně znamená. Proč? Hlava mě bolí už při čtení těch vět, natož abych cokoli z toho
uměl vypočítat. Začněme tedy s něčím,
co si umíme představit všichni.

Výlety! Přesněji výlety zahrnující tahač
převážející auto se dvěma žirafonauty. Však víte – žirafími astronauty. Normálka. Naši dva žirafonauti se vydali
na výlet z centrály SpaceX v kalifornském Hawthorne
do San Franciska vzdáleného 400 mil. Protože ale nemají palce v opozici,
jsou na benzínce bezradní. Potřebují se tam tedy
dostat bez tankování.

S dvěma pasažéry
má auto spotřebu 30 mpg, takže ujede 30 mil
na jeden galon benzinu. S nádrží velkou 10 galonů
má tak jejich auto dojezd 300 mil. Každý další žirafonaut,
který by se k nim přidal, sníží jejich dojezd na galon o 2 míle
kvůli dlouhému vyčuhující krku. Naneštěstí jejich auto
nemá dostatečný dojezd, tak přijdou s chytrým nápadem. "Už vím, nechme se
s autem kousek cesty odtáhnout a zbytek dojedeme sami!


Hurá!" Zavolají si tedy tahač
s masivní 40galonovou nádrží. Prázdný tahač má dojezd
400 mil při 10 mílích na galon, jenže pak si uvědomí,
že pokud na něj naloží sebe se svým autem, dojezd na galon klesne na 4,5 míle a každý další pasažér
ubere 0,5 míle za galon. S naloženým autem
a dvěma žirafonauty tak dojezd tahače klesne na 180 mil.

Řidič tahače tedy řekne: "Tak jo, povezu vás 100 mil,
abyste se dostali do cíle a já se stále mohl dostat domů." Tahač tím pádem
spotřebuje 22,2 galonů na 100mílovou cestu s nákladem a zůstane mu 17,8 galonů
na cestu domů. Jelikož už neveze těžké auto
s bláznivými žirafonauty, klesne mu spotřeba na
10 mpg, což je 178 mil dojezdu a na cestu domů to bohatě stačí.

Dobrá, přidejme teď
dalšího žirafonauta, takže budou v autě dohromady tři. Dojezd vozu klesne
z 30 mpg na 28 mpg, což nám dá 280 mil. Řidič tahače si povzdechne a řekne: "Tak jo, odvezu vás 120 mil, ale jelikož při 4 mpg
spotřebuji 30 galonů, v nádrži mi zůstane
na cestu domů jen 10 galonů."

Podívá se na mapu a vidí,
že mu dojde palivo někde v Beverly Hills. Ne zrovna nejhorší čtvrť,
kde se dá zůstat trčet. Navíc má nedaleko bratrance, tak zůstane u něj,
než ho někdo nepřijde vyzvednout! A nakonec, co se stane, když přidáme
ještě jednoho žirafonauta, aby byli v autě celkem čtyři? Dokáží se stále dostat do San Franciska?

Dojezd vozu klesne
z 28 na 26 mil na galon, takže celkem ujede maximálně 260 mil. Tahači klesne dojezd na galon na 3,5 míle a celkový dojezd spadne na 140 mil, Sotva dost na to, aby se všichni
čtyři žirastronauti dostali do cíle. Ale v tomto případě jsme nuceni ubohý tahač nechat u silnice
někde v okolí Bakersfieldu a z Bakersfieldu se nikdo nevrací!

Že mám pravdu?
Bakersfield přece! Chápete, co jsme právě udělali? Přidáním pár žirafonautů
jsme rychle změnili plán trasy obou vozů. A to drasticky. V každém z příkladů jsme byli schopni
dostat žirafonauty do San Franciska, ale v závislosti na jejich počtu
jsme museli posouvat limity toho, jak daleko musí tahač dojet
a zda se bude moci vrátit. Párkrát jsem kvůli tomuhle
musel ponocovat.

V našem přirovnání
je první stupeň Falconu 9 tahačem, druhý stupeň je auto
a žirafonauti jsou náklad. Podívejme se tedy na
tři skutečné mise SpaceX pro porovnání s realitou. 19. února 2017 startovala jedna
ze zásobovacích lodí Dragon na špičce Falconu 9
k Mezinárodní vesmírné stanici při misi CRS-10.


Dragon vážil 4 200 kg. To znamená, že měli dost paliva na otočku a návrat prvního stupně
na přistávací plošinu LZ-1 na pevnině. 30. března 2017 SpaceX
vynášelo komunikační satelit SES na orbitu přechodovou ke geostacionární
na Falconu 9 při misi SES-10. Tento drobeček vážil téměř 5 300 kg, takže měli sotva dost paliva na přistání na autonomní přistávací plošině
nějakých 640 km od pobřeží. Nakonec, 16.

března 2017 vyneslo SpaceX EchoStar 23 na vrchu Falconu 9 v režimu na jedno použití
na orbitu přechodovou ke geostacionární. Satelit měl 5 500 kg, takže raketu už nebylo možné zachránit, a tak stejně jako u ostatních raket skončil první stupeň do oceánu
po dvou a půl minutách užitečnosti. Aby snížili cenu rakety
a dostali z ní maximum výkonu, zbavili ji přistávacích nohou
i roštových kormidel, což dnes už prostě vypadá divně!

Já tomu říkám "nahý Falcon 9". Stejně jako u žirafonautů
cestujících do San Franciska, malé rozdíly v hmotnosti nákladu
mohou výrazně změnit "dojezd". Pamatujte, že první stupeň
Falconu 9 váží při návratu mnohem méně, protože nemá druhý stupeň,
náklad a většinu paliva. Tím pádem potřebuje
na přistání méně paliva, než by potřeboval s dodatečnou
váhou na svých bedrech.

Lidé se také často ptají, proč s prvním stupněm nepřistávají
v Africe nebo v Evropě. Říkají si, že když raketa
směřuje na východ, nemohla by doletět
až k Africe či Evropě? Podívejme se na mapu,
jak daleko to vlastně je. Aha... vždyť jsme jen kousek
od pobřeží Floridy! Všimněte si,
že i první stupeň na jedno použití, který spálí všechno palivo, stále dopadne
jen pár set kilometrů od pobřeží.

A to je hodně daleko
od Evropy či Afriky. Navíc, i když se nám lidem
může zdát přistání na lodi šílené, pro počítačem řízenou raketu
to není až tak těžké. Tohle všechno ukazuje,
jak je důležitá znovupoužitelnost supermoderního stroje
v hodnotě mnoha milionů dolarů. Je to škoda, když největší
a nejdražší část rakety navždy skončí svou pouť
po méně než třech minutách fungování. Je to šílené!

Tak drahý kus techniky
a použije se jen na tak malou chvilku. A pak už nic! To je myslím všechno k otázce, proč SpaceX někdy přistává na pevnině, jindy na plovoucí plošině
a občas nepřistává vůbec. Pokud máte jiné dotazy či postřehy k tématu,
napište je dolů do komentářů. Zapněte odběr, abyste nepromeškali další zábavný, vtipný
a poučný obsah.

Velké díky také patří
mým přispěvatelům na Patreonu, kteří mi umožňují vytvářet
obsah kanálu Everyday Astronaut. Pokud chcete přispět, navštivte
Patreon.com/EverydayAstronaut. Děkuji. Děkuji Declanu Murphymu
z webu flightclub.io za úchvatné vizualizace telemetrie. Děkuji všem,
za mě to je všechno! Jsem Tim Dodd, Everyday Astronaut, a přináším vesmír
dolů na Zemi pro běžné lidi.

Překlad: Martin Dravecký
Korekce: Petr Melechin
www.elonx.cz