Poznámka editora: Tento příspěvek hosta napsali Lukas Davia a Marijn Achternaam.
Když do vyhledávače zadáte „opakovaně použitelné rakety“, nemůžete pomoci, ale přitahujte se k lákání odkazů souvisejících s SpaceX, které vyplňují obrazovku. Důvod je pochopitelný: se smrtí raketoplánu a nedostatkem jasného plánování budoucnosti pro většinu starých hráčů v poli kosmického letu, přímý, blízký termínový plán a předchozí letové testy SpaceXu činí z nich každého oblíbeného, aby drasticky snížil náklady na obíhat s raketami, které se vracejí domů - připraveny k opětovnému použití.
A s blížícím se spuštěním 14. rakety Falcon 9 SpaceX 6. ledna, která přivede draka k ISS, je potenciál opravdové opětovné použitelnosti rakety zcela jistě na dosah vůbec poprvé za téměř 90 let od doby, kdy Goddard vypustil první kapalinu poháněnou raketu na světě Massachusetts v roce 1926. Přesto je nyní důležitější čas než kdykoli předtím, abychom zmírnili naše divoká očekávání ohledně možnosti raket, které se létají zpět na odpalovací rampu. I když mezi námi může být revoluce v raketové technice, jedná se o iterativní, vícestupňový proces, který překračuje jakoukoli jednu misi - a neměli bychom očekávat, že se v dohledné době objeví pravidelné opětovné použití podobné letecké společnosti a velké snížení nákladů.
Je třeba poznamenat, že Elon Musk, za všechny své úžasné úspěchy, nikdy nevložil tvrdou a rychlou časovou osu, kdy bude dostupná levná a dostupná raketová technika, natož solidní cena. Proč? Jednoduše proto, že vstupujeme na území, které zůstává nezmapované.
Jediným startovacím vozidlem v historii, které bylo po dosažení oběžné dráhy několikrát znovu přeletěno, byl raketoplán. Přes opakované použití zdaleka nejdražší části jakékoli rakety - motorů a přidružených systémů - raketoplán stojí podle NASA nejméně 450 milionů dolarů, s relativně malým užitečným zatížením 24 metrických tun na orbitu Země, nebo téměř 19 000 dolarů za kilogram . Včetně nákladů na vývoj, sčítaných a rozdělených za let, může být cena za spuštění průměrná až 1,5 miliardy USD nebo třikrát uvedená částka NASA. To, co mělo drasticky snížit náklady na kilogram zvedání nákladu na orbitu, bylo nakonec jedním z nejdražších startovacích vozidel v lidské historii. Proč se to stalo tak drahé?
Koncepce raketoplánu byla výsledkem manželství mezi NASA, letectvem a dalšími partnery. Každý z nich chtěl své vlastní konstrukční specifikace, které nakonec vyprodukovaly chytré vozidlo bez přesně definovaného účelu, a stalo se „chycením všech“ vesmírného průmyslu. Hlavně to bylo, že množství údržby potřebné po každé misi bylo NASA velmi podceněno. Po každém letu musel být celý vůz v podstatě přestavěn: vyměněny dlaždice, zkontrolovány motory, vylepšené posilovače. Zejména trio hlavních motorů RS-25 muselo být rozebráno a zkontrolováno, zda nedošlo k jakékoli závadě, která by mohla způsobit poruchu, a když se věci rozpadly, neexistovala zdravá napájecí linka, která by je mohla snadno vyměnit, což by způsobilo náklady na náhradní díly k prudkému stoupání a udržování pracovní síly připravené a schopné renovovat raketoplán rychle se stalo výlevkou, kterou NASA nikdy nedokázala obnovit.
SpaceX však není NASA. Představili agilnější a pohotovější přístup k vývoji svých produktů, který byl ohromně úspěšný. Mají také roky předchozích projektů (z více zdrojů), z nichž se poučit z toho, co NASA ne. Nejedná se však o problémy, které by se daly jednoduše vyhnout. Spíše jsou to základní problémy, které je třeba řešit: nedochází k úniku z omezování fyziky.
Společným tématem Muskových výroků je odvážná snaha o převrat v model „jednoho použití a zahodit ho“, který dominuje v raketovém průmyslu od začátku a proměňuje jej v něco těsněji souvisejícího s modelem letecké společnosti založené na službách. To je velký úkol, dokonce i podle norem Iron Mana.
Mnoho fanoušků vykazuje podcenění překážek vstupu. Ve skutečnosti, v nedávném průzkumu provedeném na fanouškovské komunitě SpaceX na Reddit.com, když byla požádána o zveřejnění odhadu ceny rakety Falcon 9 za 5 let, významná část téměř 600 respondentů vybrala hodnotu pod 20 000 000 $. Někteří dokonce vybrali ceny pod 10 000 000 $. Ačkoliv COO z SpaceX, Gwynne Shotwell zmínil při předávání, že opětovně použitelné spouštění Falcon 9 by nakonec mohlo ovládat cenovou značku 5 až 7 milionů dolarů, je to pravděpodobně daleko do budoucna, daleko za pouhým úsvitem znovu použitelných raket. Z nějakého úhlu pohledu, před pěti lety v roce 2010, SpaceX vypustil dvě rakety Falcon 9. V loňském roce spustili šest a najednou do roku 2020 budou náklady na standardní spuštění Falcon 9 třikrát levnější? Odkud pochází toto další zrychlení vývoje? Možná to pochází z myslí některých trochu příliš optimistických fanoušků.
Ve skutečnosti je něco tak základního, jako je dlouhodobá údržba motoru, stále relativně neznámé. Dříve SpaceX objasnil, že každý motor má život přibližně 40 paleb a příležitostný pozorovatel by předpokládal, že to povede k motoru, který lze použít na 40 misích. Nicméně, se třemi požáry motoru před každým startem, samotným vypuštěním a třemi popáleninami potřebnými k dokončení procesu opětovného přistání a opětovného přistání, je středový motor ve skutečnosti povinen vystřelit 7krát, aby dokončil misi, a s devíti motory na každém nižším stupni - i když většina z nich pouze několikrát vystřelí, výsledkem je poměrně mnoho dílů, které se mohou rozpadnout po každém letu. Kontrola těchto chyb a jejich oprava by mohla být mnohem nákladnější a časově náročnější, než by člověk doufal.
Například s průměrem 3,66 ma výškou přibližně 42 metrů je téměř 500 čtverečních metrů povrchu první fáze, které bylo na jedné straně vystaveno mrazivým teplotám kapalného kyslíku a chlazeného petroleje a na druhé straně , různé teploty od návratu do nižší teploty atmosféry. Ve skutečnosti dokonce i nahromadění ledu na vnějším povrchu samotného vozidla je dostatečně významné, aby podstatně změnilo hmotnost vozidla! Na této velké ploše se může akumulovat únava v tahu, termodynamika a tlak. Pruhy by mohly nukleacovat a tvořit vlasové trhliny. To je riziko, které by mohlo vést k kritickému selhání při operační misi, a taková událost by mohla trvale zakořenit vztah mezi vznikající opakovaně použitelnou raketou a nestabilitou v myslích satelitních operátorů a pojišťovnictví. A ačkoli Falcon 9 lze považovat za přepracovaný, je nepravděpodobné, že SpaceX bude hrát raketovou ruletu.
Přestože hlavní inženýr rakety odhadl pravděpodobnost úspěchu mincí, po nadějném propulzivním přistání CRS-5 na nedávno pokřtěné „autonomní lodi přistávajících s dronem“ bude prázdná první fáze pravděpodobně odeslána zpět do centrály SpaceX v Hawthorne v Kalifornii a zkontrolována. různými metodami destruktivní a nedestruktivní analýzy pro kvantifikaci toho, jak přísné zrychlení na rychlost téměř 2 km za sekundu za méně než tři minuty a pak dostatečné zpomalení, opětovné proplutí atmosférou, přistání v těsné blízkosti moře a soli , ovlivnit vozidlo.
Dalším příkladem potenciálních nákladů na renovaci je palivo volby SpaceX, petrolej. Spaluje poměrně špinavě, což dokazuje průsvitný sloup hnědočerných sazí, na které Falcon 9 stoupá, což je návrat do dnů časných letadel. To vede k efektu převážně spojenému s keroloxovými motory známými jako „koksování“ - kde nedokonale spálené saze ulpívají na téměř roztaveném motoru a trysce, což snižuje jeho schopnost vyzařovat teplo. Vyčistíte to, říkáte? Gratulujeme, právě jste do rovnice zavedli rekonstrukci, které se SpaceX snaží vyhnout.
I když ignorujete samotné vozidlo, vypouštění a potřebné chemikálie jsou drahé! K udržení tlaku v nádržích je zapotřebí hélium s mimořádně vysokou cenou a pyroforická TEA-TEB zapalovací kapalina se používala k zahájení explozivního sňatku mezi RP-1 a LOX. Nejedná se pouze o chemikálie. Rovněž existují provozní náklady na uvedení do provozu, od mezd zaměstnanců, přes nudný proces žádostí o povolení až po trochu zajímavější ablativní barvy, které pokrývají strukturu Transporter-Erector, která drží vertikální Falcon 9, až po náklady na dopravu a přemístění. Je pravděpodobné, že současné kapitálové výdaje na jediné vypuštění samotné, ignorující zřejmou hodnotu samotné rakety, celkem činí 3 miliony dolarů plus.
V zásadě musíme oddělit opětovnou přistání, renovaci, opětovnou použitelnost a finančně životaschopné a rychlé opětovné použití od sebe navzájem. To může být obtížné pochopit, že všechny čtyři jsou zřetelné, a úspěch jednoho neznamená, že další krok je zaručen. Z tohoto důvodu zůstávají otazníky stále nad cenou, časem a složitostí konečných kroků nezbytných k tomu, aby SpaceX dokončil svůj znovu použitelný plán rakety. Například: opětovné přistání rakety nemusí nutně znamenat, že renovace neexistuje. Toto je příběh o raketoplánu z domova.
Samotné přistání není revolucí v raketě; spíše si můžeme uvědomit, že revoluce rafinace raket do modelu podobného letecké společnosti nastala dobře, jen když se podíváme zpět do zpětného zrcátka.
Žijeme v naději, že SpaceX dosáhne toho, co původně stanovil téměř před 13 lety. SpaceX se k tomuto cíli dostal daleko, mnohem blíže než kdokoli jiný, ale jak sám Musk řekl: „Rakety jsou těžké“. Hodně štěstí týmu SpaceX za nadcházející pokus o spuštění a přistání CRS-5, je to začátek něčeho mnohem většího.
Napsali Lukas Davia a Marijn Achternaam
Bios: Když nejste žonglování jako student softwarového inženýrství a webový vývojář na plný úvazek na Novém Zélandu, Lukas Davia je závislý na SpaceX a lze jej nalézt jako přispívající k komunitě Reddit / r / SpaceX, přidávání na jeho web SpaceXStats.com a vytváření infografik. Věřte tomu nebo ne, nenajde čas jít ven a vyrazit i na svůj volný čas!
Marijn Achternaam je nizozemský student, samoobslužný konstruktér křesel a fanatik kosmického letu, který lze často nalézt jako přispěvatel do komunit / r / space a / r / SpaceX Reddit.
