Přistání člověka na Marsu, či dokonce v posledních dvou dekádách jen návrat člověka na Měsíc. Všechny podobné vesmírné projekty lidstva na výzkum naší sluneční soustavy lidskými posádkami trpí něčím, co by se dalo s nadsázkou nazvat syndrom jaderné fúze. Podobně jako tokamaky, jež jednou dost možná zastaví nastávající energetickou krizi lidstva a spasí jej před celou řadou tragických scénářů, i let lidí na další planety a jejich přirozené satelity již asi šedesát let není vzdálen více, než nanejvýš dvě dekády.
Co ale stojí za tím, že úspěchy lidských astronautů a kosmonautů nahradily (rozhodně nemalé) úspěchy fascinujících, ale přeci jen neživých sond, ať už pohybujících se rychlostí desítky kilometrů za vteřinu směrem do neznáma, či vytvářejících první syntetické brázdy na povrchu oněch vysněných planet? Kromě nevelkého zájmu ze strany široké veřejnosti totiž vesmírným agenturám chybí i zájem vedení jednotlivých států, zvláště jejich finančních oddělení.
Vizionář z Pretorie
Malého postupu na poli pilotovaných letů si přitom jednoho dne všiml i tou dobou již úspěšný a pohádkově bohatý mladý jihoafrický emigrant, programátor, fyzik a svým pojetím i dobrodruh, Elon Musk. Jeho plán byl jednoduchý: Vyslat na Mars malý skleník se záznamovým zařízením a anténou, úspěšně s ním na povrchu Rudé planety přistát, zpět na Zemi uveřejnit obrázky prvního pozemského života na Marsu a snad tak vzbudit zájem lidí a vlád o vesmír a odstartovat nové vesmírné závody.
Nové vesmírné závody se Muskovi rozpoutat opravdu podařilo, ovšem zřejmě ne tak, jak by si to on sám původně představoval. Když přes všelijaké kontakty sháněl v Rusku pro svůj projekt mezikontinentální balistickou střelu, samozřejmě bez jaderného zařízení na palubě, setkal se kromě nepochopení i s celou řadou jak právních, tak i finančních problémů. Na počátku roku 2002 začalo tou dobou již Američanovi Muskovi být jasné, že pokud chce nezávisle dopravit náklad ať už kamkoliv po Sluneční soustavě, bude si muset raketový nosič sám postavit.
Musk s nákladní lodí Dragon / Foto Reuters
Postupem času se z poslání stal business, z businessu pak zase poslání. Musk dopraví člověka na Mars. Nejen to, zasadí se o vytvoření trvalé rozvíjející se lidské soběstačné základny na Rudé planetě. A časem, kdo ví, třeba se Mars podaří terraformovat a stane se pro lidstvo druhým domovem pro případ, kdyby se s tím naším nedej Bože něco stalo.
Projekt Falconu 1, malého jednomotorového dvoustupňového soukromého nosiče, se podařilo zachránit akorát posledním startem, o to úspěšnější byl jeho následovník v nově vytvořené soukromé společnosti SpaceX, devítimotorový Falcon 9. Tehdy pětapadesát metrů vysoká raketa se vymykala – kromě atypického čtvercového uspořádání motorů „tic-tac-toe“ (3x3) hlavně tím, že to byla první raketa soukromé společnosti, která dokázala vynést náklad na orbitu. Jeden úspěch střídal druhý, SpaceX vyvinula dokonce vlastní nákladní loď pro zásobování ISS, na kterou dostala od NASA kontrakt. To důležité ale mělo teprve přijít.
Airbus byste vyhodili?
Teorie je jednoduchá: Letěli jste někdy letadlem? Uznávám, že na stránkách webu pro piloty a zájemce o létání asi nejde o nejbystřejší otázku, v podání Muska má ale důležitý význam. Létat letadlem si může v dnešní době dovolit každý, letadla se totiž používají opakovaně, jako auta, autobusy, vlaky... Asi už tušíte, že kdybychom každý Airbus „zahodili“ po jednom letu, létat by si kromě státem dotovaných institucí nemohl dovolit prakticky nikdo. Právě stejně, jako je tomu v kosmické dopravě.
Kromě toho, že je Muskův Falcon 9 elegantní, levný a na novou raketu i překvapivě spolehlivý, může se ve své vylepšené verzi, kterou je Falcon 9 v1.2 FT, pochlubit ještě jedním přívlastkem - znovupoužitelný. Již několik prvních stupňů Falconu 9 se totiž z vesmíru vrátilo, aby mohlo být použito znovu, přičemž už dva „boostery" celý proces prodělaly dvakrát. Takových raket bylo v historii lidstva opravu pomálu, dají-li se tak vůbec nějaké označit. Možná si pamatujete na velkolepý plán NASA zlevnit astronomicky nákladné starty svých raketoplánů „recyklováním“ urychlovacích stupňů na pevné palivo (SRB) - vyzvedáváním dvojice vyhořelých boosterů z moře, kam předtím přistály z hranice vesmíru na padáku. K tomu byl samozřejmě násobně použitelný i samotný orbiter, rekordmanem je v tomto směru Discovery, který se do vesmíru podíval dokonce devětatřicetkrát. V žádném případě však nešlo o návrat raketového nosiče zpět na zem v takovém měřítku a tak unikátním způsobem, jako se tomu dnes již běžně děje u Falconu 9. SRB raketoplánu byly znovu používány jen ve velmi omezené míře, velmi často šlo jen o „recyklaci“ konkrétních neopotřebených komponent. Idea násobně použitelného orbiteru byla samozřejmě skvělá a hlavně funkční, nutno ale zmínit, že i tak byly starty raketoplánů na samé hranici finanční únosnosti – největší část, vnější nádrž (ET), jež nesla prakticky veškeré palivo, totiž shořela v atmosféře.
Falcon 9 je jiný, je to krok do neznáma, který umožní lepší, levnější a frekventovanější přístup člověka do vesmíru. Jeho první stupeň, největší a nejdražší část rakety, se zkrátka ze své mise umí vrátit, přistát zpět na Zemi a krátce nato celý proces zopakovat. A to až patnáctinásobně. Některé málo namáhané komponenty lze navíc po zastavění do nového trupu použít údajně až stokrát.
Falcon 9 FT (v obyčejné „expendable" verzi kvůli těžkému nákladu) vzlétá z Floridy k misi Inmarsat-5 / Foto SpaceX
Přistávající panelák
Elonu Muskovi by už zkrátka vážně někdo mohl připomenout, že jsou věci, které jednoduše nejdou, jeho firmy totiž takové úkoly zvládají vcelku obstojně. A stejně tak stále vylepšovaný Falcon 9. Falcon 9 1.2 FT (Full Thrust), nebo možná Block 3 (jediné, co zatím SpaceX neumí, je sjednotit se na značení svých raket), má impozantních 70 metrů; z toho 13,1 m tvoří aerodynamický kryt, 12,6 m druhý stupeň a 42,6 m devítimotorový první stupeň. Je to v zásadě úplně běžná raketa, tedy až do oddělení prvního stupně ve výšce něco málo přes 70 km. V tu chvíli začíná fyzikální magie, kterou zatím dokázala zvládnout jenom SpaceX.
Hned vteřinu poté, co hydraulický píst odtlačí druhý stupeň, který zažehne rozměrnou, pro vakuum uzpůsobenou verzi motoru Merlin 1D, se první stupeň začne s pomocí reakčního systému používající stlačený dusík otáčet tak, aby se brzdícím zážehem nasměroval na správnou trajektorii. Při vynášení lehčího nákladu na nižší oběžnou dráhu, tedy pokud raketa při oddělení nedosahuje rychlostí vyšších než 6 000 km/h, má první stupeň většinou dostatek paliva pro návrat zpět na pevninu poblíž místa startu. Ze všech tří startovacích plošin, které má SpaceX v současné době k dispozici, lze však tento způsob přistání praktikovat jen z těch floridských, kde jako přistávací zóna slouží speciálně upravená betonová plocha LZ-1 (Landing Zone 1), nově vybavená dokonce speciálním radar-odrážejícím nátěrem podobně, jako právě stavěná o něco menší LZ-2. Při rychlostech v rozmezí 8 000 a 9 000 km/h pak první stupeň po bržděné parabolické křivce pokračuje na autonomní ponton, kde po kontaktu s naváděcími systémy přistává stejně jako na pevnou zem. Takové autonomní lodě ASDS (Autonomous Spaceport Drone Ship) má SpaceX hned dvě: Of Course I Still Love You dislokovanou na Floridě a Just Read The Instructions vyplouvající z Los Angeles, obě pojmenované po lodích z knihy „The Player of Games", jako pocta sci-fi spisovateli Ianu M. Banksovi.
K zažehnutí motorů Falconu však dojde do přistání ještě dvakrát, jednou hypergolická směs TEA-TEB (mimochodem používaná pro zažehnutí motorů a přídavného spalování SR-71) zažehne tři motory pro krátké zbrzdění před vstupem do hustých vrstev atmosféry, pak už zbývá jen poslední, jednomotorový přistávací manévr. Pouze vteřiny před dosednutím, v reálu ale pořád několik stovek metrů nad zemí, se ze spodní čtvrtiny prvního stupně odklopí čtveřice unikátních přistávacích nohou a po krátkém zvýšení výkonu motoru pro konečné hladké dosednutí už hliníková struktura velikosti třináctiposchoďového paneláku přistává na předem určeném místě.
Detail prvního stupně Falconu 9 po přistání dává dobrou představu o jeho rozměrech / Foto Reddit
Oproti běžným raketám má americký nosič samozřejmě celou řadu prvků navíc, které mu takový, ještě před deseti lety nemyslitelný počin umožňují. Tím nejvíce výrazným je samozřejmě čtveřice výklopných přistávacích nohou, které se před dosednutím samy vyklápí kombinací hydrauliky a záporného zrychlení vytvořeného bržděním raketového motoru. Na druhém konci prvního stupně pak Falcon 9 disponuje rovněž čtveřicí titanových mřížových stabilizátorů, které pomáhají raketě aerodynamicky řídit sestup jak při supersonických, tak subsonických rychlostech. Mozkem je samozřejmě výpočetní hardware a software, který kromě přesně provedených impulzů do řízení umí i sám rozhodovat, zda ještě přistane na pevnině, nebo už poletí na moře, či zda-li má být nosič při neočekávané anomálii po startu zničen.
Thinking outside the box
Proč to všechno? Peníze. Návrat 70 % objemu a 85 % ceny rakety samozřejmě už znamená hodně, zvlášť když se vám podaří takový kus rakety z oblohy zpět na Zemi dostat několikrát. I proto je celý Falcon 9 navržen pro co nejspolehlivější službu, každý díl je zkrátka uzpůsoben tomu, aby svůj úkol dokázal plnit nejen dobře, ale i opakovaně. Například při posledním vylepšení Falconu 9 na verzi 1.2 FT (Block 3) dostal nosič nové mřížové stabilizátory z titanu namísto hliníku, který se při vstupu do atmosféry mírně opaloval. Firma navíc prozřetelně nezůstává jen u prvního stupně, velmi intenzivně pracuje na možnosti návratu obou polovin aerodynamického krytu nákladu, ty by přitom měly zpět na Zemi doplachtit a měkce přistát v moři. Časem je pak samozřejmě velkou výzvou návrat druhého stupně, což by znamenalo, že by se znovupoužitelnost Falconu 9 rovnala 100 % při finanční úspoře dost možná přes 90 % (kromě ceny paliva je nutno započítat hlavně nutnou údržbu a náhradu poškozených dílů). Nutno ale zmínit, že návrat čtyřtunového objektu z oběžné dráhy cestujícího rychlostí kolem 27 000 km/h není úplně z nejjednodušších a SpaceX samotná vlastně ještě ani úplně nemá připravený koncept, jak toho chce docílit.
Srovnání finančních nákladů na kilogram vynesený na nízkou oběžnou dráhu Země různými nosiči. U raket SpaceX je pak křivka ceny klesající recyklováním.
Čeho ale firma z Hawthorne docílila vcelku bez problémů, bylo znovupoužití úplně jiného hardwaru, vesmírné lodě. To samozřejmě není myšlenka úplně originální, kromě raketoplánu existovaly i konvenční lodě, co se na orbitu podívaly víc než jednou (dokonce i jeden satelit). S dvojnásobným letem nákladního Dragonu však SpaceX zdaleka nekončí, právě naopak. Dragony mají být podobně jako jejich nosiče používány až desetkrát, byť s obměněným tepelným štítem. Podobně na tom bude i pilotovaná verze lodi, Dragon V2. Ten byl přitom ještě dva týdny zpátky zamýšlen k pokoření dalšího milníku – motorickému přistání tak, aby mohla loď s až sedmi astronauty a nákladem přistát prakticky na heliportu. Bohužel ale došlo k nejspíše moudrému přehodnocení rizik ze strany Muska a Crew Dragon tak čeká asi menší redesign s tím, že bude jako všechny „staré“ americké lodě přistávat na padácích. Dragon V2 bude přitom motorického návratu pořád schopen, nebude však disponovat složitými vysouvacími nohami na spodu tepelného štítu, musel by tak přistávat podle slov Muska „do něčeho velmi měkkého“…
Jedna z největších met SpaceX a pro další rozvoj společnosti velmi klíčová událost, se přitom již nezadržitelně blíží: start Falconu Heavy. Jde o nový nosič SpaceX, v době svého dokončení (a po několik dalších let) nejsilnější raketu na světě. Koncepce byla vcelku jednoduchá – prakticky zcela normální Falcon 9 bude sloužit jako první/druhý a třetí stupeň, do vesmíru mu pak pomohou další dva první stupně Falconu připevněné po stranách, jako je tomu třeba u rakety Delta IV Heavy. Nakonec se ale přeci jen ukázalo, že se oboru neříká „raketová věda“ pro nic za nic a že věc opravdu není tak jednoduchá, ať už po stránce aerodynamiky, pevnosti, či dokonce jen potřebného zázemí, jak by si Elon představoval. Po řadě odkladů ale termín „listopad 2017“ vypadá konečně opravdu slibně a podle Muska, který upozorňuje na vysokou pravděpodobnost nezdaru první rakety, to bude opravdu podívaná, ať už se stane cokoliv.
I proto první let Falconu Heavy neponese žádný komerční náklad, pouze zatím neupřesněnou „hloupou“ zátěž. To podstatné ale je, že chce SpaceX na zem přistávat hned se všemi třemi prvními stupni, s tou první dvojicí dokonce dost možná najednou. Mimochodem, u prvního startu nosiče bude nový vlastně jen zesílený „prostřední Falcon“, postranní „boostry" budou již dříve použité první stupně. To vše kromě ještě větší nervozity v řídicí místnosti znamená, že se v kombinaci s efektivitou a velkou nosností stane z Falconu Heavy nejen raketa největší, ale paradoxně i nejlevnější. Se zažehnutím všech 27 motorů třítrupého Falconu - až se za těch pár měsíců jednoho krásného podzimního dne roztřese celá Florida, se budou psát dějiny velkým písmem.
Falcon Heavy v představách SpaceX / youtube/SpaceX
Pointa celého úsilí SpaceX je jasná, let do vesmíru se má pod jejím vedením stát něčím tak „levným“, že si ho v několika málo letech bude moci podle Elona Muska dovolit každý z nás. Tedy, abyste rozuměli, i když se sám Elon myšlence kosmické turistiky nebrání, rýžovat miliardy při riskantních cestách zbohatlíků do vesmíru není pro SpaceX ani přinejmenším cílem. Musk vás chce na Marsu. Ať to zní jakkoliv zvláštně, americký vizionář opravdu stále doufá v budoucnost, vzdálenou podle něj možná jen deset let, ve které budou stovky lodí nesoucích desetitisíce „zákazníků“ čekat na zemské orbitě na moment výhodný pro transfer na Rudou planetu, kde se po přistání noví Marťané přidají k dalším desetitisícům těch, již přiletěli před nimi, ve snaze vytvořit na tomto ne příliš hostinném cizím vesmírném tělese základnu pro další život. Prodejte dům, prodejte auto, prodejte příborník po pradědečkovi a odleťte s celou rodinou (tedy pokud je váš rodinný vůz italské sportovní značky anebo byl váš pradědeček opravdu zámožný) na Mars tak, jako před čtyřmi staletími pluli první kolonisté do Ameriky. Mayflower nahradí Heart of Gold (loď ze Stopařova průvodce po Galaxii, pocta Douglasu Adamsovi) a místo živých rudých tváří vás pozdraví tak akorát známá kamenitá stolová hora v regionu Cynodia. Význam takové výpravy ovšem tu „Otců poutníků" bezesporu zcela zastíní.
SpaceX není sama
Proč by ale po těch šesti dekádách, kdy je cesta člověka na Mars vzdálená dekádu, měl ten asi nejšílenější plán, o kterém si dnes pravděpodobně přečtete, vyjít právě teď? Ač se to nezdá, lidstvo je po technické stránce schopno opravdu „nemožného“, jak se ukazuje, stačí jen dostatek finančních prostředků. Příkladem budiž samotný projekt Apollo. Proveditelnost cesty na Mars není nic, co by vyžadovalo několik dalších desetiletí výzkumu a ještě nedotčené přelomové technologie. Stačí na to jen mít. A přesně to nabízí možnost recyklace raketového hardwaru. Ostatně i Muskova Marsovská odysea počítá s jednoduchým konceptem vesmírného transportního systému (ITS), který v zásadě přesně kopíruje funkci Falconu 9: nepředstavitelně silný znovupoužitelný první stupeň vynese ten druhý - obří vesmírnou loď, ta dokončí orbitu a vyčká na doplnění paliva a následně na moment pro transfer k Marsu. Koncepce v zásadě již úspěšně praktikovaná na Falconu 9, jen ve dvojnásobném měřítku a dvacetinásobné hmotnosti. Letenka na Mars za méně než 120 000 dolarů? Pokud nebude při návratu gigantického prvního stupně zpět na zem moc foukat, bez problémů.
Myšlenka znovupoužitelných raket pro radikální zlevnění přístupu do vesmíru však nemusí být - a také není výhradou jen SpaceX. I když se podobným konceptem zabýval již zmíněný program raketoplánů, byla to právě neefektivnost takového systému, která, kromě touhy Sovětského svazu připodobnit se technologicky již dávno uniklému soupeři, znemožnila jeho další šíření. Oproti tomu návrat prvního stupně, druhého, klidně i celé rakety, je sice složitá, ale zároveň i proveditelná a zajímavá výzva, na kterou se zřejmě časem upne ještě větší pozornost, než dosud. V jednoduchosti je krása a tak se pionýrské rakety SpaceX mířící do vesmíru nesnaží komplikovat situaci vztlakovými plochami, raketa zkrátka dělá to, co umí nejlépe. Falcon vzlétne, otočí se, přistane – vše „jednoduše“ prací raketového motoru - se skvělými výsledky.
Stejný princip znovupoužitelnosti přitom prosazuje jiná společnost, i když SpaceX tolik podobná. Blue origin zakladatele Amazonu a v současnosti již nejbohatšího člověka na světě, Jeffa Bezose, je v levném komerčním dobývání vesmíru Elonův přímý konkurent. Malá raketa New Shepard dokonce v roce 2015 Muska tak trochu porazila a ona byla o několik týdnů dříve tou první raketou, která se motoricky vrátila z vesmíru. I když zvláště vzhledem k pouze suborbitální povaze letu je prvenství New Shepardu přinejmenším diskutabilní, její nástupce, New Glenn, má být již plně „dospělou" orbitální raketou, v představách Blue Originu nosičem ve výsledku ještě levnějším, než jeho jakýkoliv konkurent z Hawthorne.
Znovupoužitelní průkopníci kosmonautiky: první stupeň Falconu 9 FT, New Glennu a New Shepardu / Obrázek raumfahrer.net
I když na rozdíl od poněkud vznešeného cíle Elona Muska začal Bezos v kosmonautice podnikat spíše s vidinou zisku z vesmírné turistiky, to důležité je, že komercializace kosmického průmyslu přináší něco, co třeba NASA, jakožto i jakékoliv jiné státní instituci kdekoliv na světě, chybí - efektivita - zvláště pak ta finanční. Soukromým společnostem jde samozřejmě o přežití, pokud chtějí uspět, musejí tak jako na každém zdravém trhu přijít s něčím lepší a/nebo levnějším - navíc pod vlnou nejistoty, spekulací a kritiky ze strany veřejnosti a zároveň na úkor desetiletí funkčních národních vesmírných agentur, jež samozřejmě zvláště v případě NASA mají i svou nespornou úctu a prestiž. A právě to dává vzniknout novým fascinujícím konceptům, s jakými přišli právě SpaceX, Blue Origin, novozélandský Rocket Lab, Scaled Composites, Sierra Nevada Corporation a Virgin Galactic.
Konkrétně v případě NASA by však bylo nespravedlivé nezmínit, že je to z velké části i ona, která umožnila úspěch třeba právě SpaceX skrze celou řadu lukrativních kontraktů. Velkou zásluhu na tom přitom měla k soukromým společnostem benevolentní administrativa Baracka Obamy, která včas rozpoznala neskonalý potenciál soukromého sektoru a začala jej aktivně podporovat. Pro NASA je přitom spolupráce se SpaceX výbornou investicí do budoucnosti - už teď její rozpočet dost možná pociťuje, jak moc levnější a efektivnější rakety Falcon 9 jsou, nemluvě a budoucí přepravě amerických astronautů lodí Dragon V2, kdy budou moci Spojené státy po celých sedmi letech už konečně přestat platit Rusku zbytečné miliardy za štědrý transport svých astronautů na Sojuzu. Navíc lze očekávat, že podobně, jako tomu Elon Musk plánuje udělat v případě Tesly, i SpaceX možná v několika letech své patenty kompletně zveřejní, aby dala možnost danou technologii rozvíjet i cizími společnostmi. Je tedy dost možné, že se časem do vývoje vlastního znovupoužitelného nosiče pustí i zatím dost zpupné národní vesmírné agentury, když už tedy budou mít veškerou technologie přímo na stole…
Až se tedy v pondělí 14. srpna k nebi z legendární plošiny 39A Kennedyho vesmírného střediska vznese další Falcon 9, opět složený z již použitého prvního stupně, navíc obohacený o plno úprav do nové verze Block 4, s poslední vyrobenou nákladní lodí Dragon, protože odteď budou už všechny jenom recyklované, zkuste se zamyslet nad tím, jak úžasného pokroku dokázala SpaceX vlastně skoro bez povšimnutí dosáhnout. Může se totiž stát, že za patnáct let, až prodáte dům, auto a ten příborník po pradědečkovi, budete další start sledovat už se 4-24 minutovým zpožděním. Z povrchu Marsu.
AKTUALIZOVÁNO 15. srpna: Zmíněný pondělní start Falconu 9 s nákladní lodí Dragon k ISS se povedl opět na výbornou, loď je tak v pořádku a na správné orbitě. Stejně tak zpět na Floridu úspěšně přistál další první stupeň, nakonec se však nejednalo o stupeň recyklovaný, nýbrž zcela nově vyrobený pro potřeby upgradu do verze Block 4. Lze předpokládat, že bude i tento první stupeň v budoucnu znovu několikrát použit.
