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