38

automatizace l převody l pohony

Kterak vrátit raketu domů

Pro nastavení správného poměru paliva a okysličovadla

obsluhují ventil dva dvoupólové BLDC motory průměru

35 mm s planetovou převodovkou. Důležité vlastnosti:

Robustní konstrukce, odolnost extrémním podmínkám

vysokých teplot a vibrací.

do oceánu. Takto si s ním SpaceX mohla

„hrát”. Nejprve přistával nazdařbůh do

oceánu. Řešila se jeho schopnost udržet

stabilitu, přesnost přistání nebo posloupnost jednotlivých kroků. Následovaly pokusy o dosednutí na ponton na moři. Ty

byly čím dál úspěšnější, ale na konci jim

vždy něco chybělo.

Až 21. prosince 2015 poprvé úspěšně

přistál první stupeň rakety Falcon 9. Shodou okolností na den přesně šest let poté,

21. prosince 2021, provedla společnost

SpaceX úspěšné přistání s pořadovým číslem 100.

d

A jak přesně záchrana prvního stupně

probíhá? Upozorňujeme, že všechny výšky a rychlosti jsou jen orientační a že se

odlišují misi od mise. Každá letí na jinou

trajektorii, s jinak těžkým nákladem apod.

Při rychlosti cca 2 km/s končí první stupeň

svoji práci a uvolňuje stupeň druhý. Jen

pro srovnání: když nedochází k záchraně

prvního stupně, může se odlehčit o přistávací systémy a může spotřebovat veškeré

pohonné látky. V takovém případě končí

svoji práci při rychlosti 3,4 km/s, což samozřejmě vede k vyšší nosnosti rakety.

Ale zpět k záchraně stupně: k rozdělení

prvního a druhého dochází ve výšce zhruba 80 km. První stupeň pak obvykle provádí trojici manévrů nazvaných Boostback, Entry a Landing. Před prvním z nich

se otočí „do protisměru”, zažehne svůj

motor a snižuje rychlost. Buď jen trochu,

aby směřoval rovnou kolmo do atmosféry

směrem k přistávací plošině, nebo naopak

hodně, aby se začal vracet na místo startu.

Tento energeticky velmi náročný manévr

se používá spíše výjimečně u relativně lehkých zařízení.

Stupeň setrvačností dosáhne výšky cca

200 km a začne klesat. Následně jsou vyklopena roštová kormidla, která pomáhají

řídit průlet atmosférou. K druhému manévru (Entry) dochází přibližně ve výšce

60 km a trvá půl minuty. Jeho cílem je snížit vertikální rychlost klesajícího stupně,

aby při kontaktu s hustými vrstvami atmosféry (ve třiceti kilometrech odpovídá

zhruba jednomu procentu při hladině moře) nebyl vystavený příliš velkému tepelnému namáhání.

Poslední zážeh motorů – přistávací (Landing) – začíná ve výšce kolem 4,5 km a trvá 30 sekund. Na jeho konci stojí raketa

na pevné ploše, ať již na pontonu na moři, nebo na přistávací oblasti na pevnině.

Poslední manévr je přitom realizovaný

s jedním nebo třemi motory (z celkových

devíti). Když je použita trojice motorů,

stačí méně pohonných látek, ale celý

manévr je výrazně náročnější na přesnost. V každém případě Falcon 9 dosedne

a v nádržích má palivo a okysličovalo jen

na jednu až tři sekundy provozu. Na

všechny tři návratové manévry (Boostback, Entry a Landing) si pak nechává vyhrazeno 6 až 10 % celkového množství

pohonných látek.

Vyplatí se to?

d

Záměrem přitom byla plně znovupoužitelná raketa: zachraňovat se měl první

i druhý stupeň. Musk si byl velmi dobře

vědom, že jde o velkou výzvu. Už v září

2011 přítomné posluchače informoval, že

každý kilogram vybavení potřebného ke

znovupoužitelnosti druhého stupně se

odečítá z užitečného zařízení. U prvního

stupně je to snížení nosnosti o jeden kilogram nákladu na každých 5 kg vybavení

určeného k záchraně stupně. Musk si nechal otevřená zadní vrátka a zdůraznil, že

o znovupoužitelnost bude usilovat pouze

v případě, že bude skutečně smysluplná

a že před finálním rozhodováním chce mít

co nejvíce odpovídajících dat.

Elon Musk loni v srpnu tweetoval, že kvůli penalizaci nosnosti (40 %) a nákladům

na přípravu ke druhému startu (10 %

ceny) je Falcon 9 po dvou misích ekonomicky na nule ve srovnání s jednorázovou raketou. Od třetí mise začínají výhody

z opakovaného použití převažovat. Právě

díky opakované použitelnosti raket byla

SpaceX schopná operativně změnit plány

na letošní rok. Původně plánovala padesát

startů, ale po nedostupnosti ruských raket

se firma rozhodla pomoci světové kosmonautice a nyní míří na šedesát letů. Žádný

jiný dodavatel kosmických dopravních

služeb toho není tak rychle schopen.

Závěr

d

Když Elon Musk 29. září 2011 v National

Press Clubu (Washington D.C.) svůj záměr na vytvoření opakovaně použitelné

rakety představoval, sliboval, že to „bude

velké”. Jak jsme ostatně uvedli na úvod.

A zároveň dodal: „Plně znovupoužitelná

raketa by dramaticky snížila cenu vynášení nákladu a lidí do vesmíru, což by učinilo průzkum a kolonizaci dalších světů

mnohem dostupnějším.” Deset let poté víme, že měl naprostou pravdu.

p

Falcon 9 a FAULHABER

d

Nenápadným dříčem na Falconech 9 jsou

elektromotory Faulhaber (téměř sériové EC

motory s reduktorem), které řídí dodávku

paliva do motorů Merlin 1D. Jakékoliv selhání se přitom neodpouští, protože špatný

poměr paliva k okysličovadlu by vedl k předčasnému spotřebování pohonných látek

(a tím ke ztrátě rakety) nebo ke zničení motoru. Na rozdíl od jiných raket, kde se ovládání ventilů často řeší „hrubou silou” (pyrotechnicky), musí elektromotory na raketách

T+T T e c h n i k a a t r h 4 / 2 0 2 2

SpaceX fungovat s hodinářskou přesností,

opakovaně a za maximální spolehlivosti. Stačí se podívat na množství zážehů motorů

během jednoho letu – a na počet letů některých stupňů. Počty startů Falconů 9 se již

přehouply přes 150 a na letošní rok možná

překročí v součtu 200, neuvěřitelná kadence. Motory FAULHABER se samonosným

vinutím jsou pro své špičkové konstrukční

a technologické vlastnosti široce využívány

přirozeně též mimo vesmírné aplikace.

Motor FAULHABER zajišťuje řízení dodávky

paliva do motorů

Kontakty, detailnější informace a technickou

podporu najdete na webu www.routech.cz