Co je zač Starship a proč jde o průlomovou raketu

Starship. Hvězdná loď na první pohled připomínající ilustraci z dětské knihy. V průměru dosahuje devíti metrů, na výšku celých 50 metrů a vynese na oběžnou dráhu kolem Země až 100 tun. Teoreticky tak půjde o jedenu z největších raket, co se rozměrů i hmotnosti týče. Obdobně velkým nosičem nákladu byl naposledy Saturn V vynášející lidi na Měsíc. Saturn V ale odstartoval v roce 1967. Co lidstvu trvalo tak dlouho? Proč prostě nepokračoval program raketoplánů a co je na Starship tak výjimečného? Nejde jen o další raketu, ale spíše o moderní vesmírný autobus. Následující řádky vám snad odkryjí, proč Starship vzbuzuje tolik povyku.

Malé krůčky pro člověka

Psal se 16. červenec roku 1969 a z rampy LC-39A odstartovala raketa Saturn V s trojicí astronautů. Celá cesta na Měsíc trvala 4 dny a po přistání Neil Armstrong pronesl tu slavnou větu: “Je to jen malý krok pro člověka, ale obrovský skok pro lidstvo.”

Do vesmíru se nelétá denně a ani nejde o nic převratného. Posadíte člověka na špici obří rakety, pošlete ho na oběžnou dráhu a za pár hodin je na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS). Žádný problém, nebo ano?

Létání na oběžnou dráhu Země opravdu zevšednělo, zvláště za éry raketoplánů. Jenže tyto stroje jsou již dávno v důchodu. Raketoplánů bylo vyrobeno celkem šest a dva byly zničeny. Jejich odchod do důchodu ovšem nebyl způsobený nespolehlivostí, nýbrž náklady. Přitom šlo o znovupoužitelné stroje. Kde byl tedy problém?

První vesmírný autobus

Raketoplán představoval jakýsi “vesmírný autobus”. Naložil se do něj náklad a orbiter ho vyložil na oběžné dráze, načež se vrátil na Zemi. V čem byl teda problém, když se mohla ta hlavní část, samotný raketoplán, recyklovat a použít znovu?

Problém nastává s orbitální mechanikou a ještě, než se rozhodnete kvůli těm dvěma slovíčkům přeskočit odstavec, dejte tomu šanci. K dosažení oběžné dráhy potřebujete nabrat výšku a rychlost. Jenže co letí nahoru musí i spadnout, říká lidové moudro. Raketoplán padal rychle a tvrdě. Aby zpomalil, musel brzdit o atmosféru a v podstatě se nechat spálit. Měl proto tepelnou ochranu, tisíce keramických destiček, které absorbovaly všechno teplo. Problém byl v tom, že každá destička byla jiná. Po přistání se musely vyměnit všechny ve stroji, který je několikanásobně složitější jak dopravní letadlo.

Raketoplán se jinými slovy dal použít znovu až po důkladné prohlídce. V podstatě ho celý rozebrali, něco vyměnili a opět složili. Jenže postavit raketu na jedno použití by po 20 letech raketoplánu vyšlo levněji. A bylo to jen horší, jeden raketoplán explodoval při vzletu, další při návratu. NASA nakonec rozhodla o odchodu raketoplánů do důchodu. Než se tomu tak stalo, mohli jsme na startovních rampách na Floridě potkávat 2 orbitery naráz jako zálohu pro případ, že se první na oběžné dráze poškodí.

Možná se ptáte, kolik že vlastně start raketoplánu stál oproti třeba Saturnu V a dalším raketám. Podle oficiálních dokumentů NASA stál start raketoplánu 450 milionů dolarů za jednu misi. Start Saturnu V stál 185 milionů dolarů.

Za dovezení 1 kg náladu na oběžnou dráhu byste u raketoplánu zaplatili 54 tisíc dolarů. Nejdražší aktuální konkurence, rakety, které odstartují a celé je zahodíte, stojí polovinu ceny za kilogram. Takhle moc byl raketoplán drahý.

Konec raketoplánů

NASA se po konci raketoplánů ocitla v dost nezávidění hodné situaci. Mezinárodní vesmírná stanice je, jak již název napovídá, mezinárodním projektem. Jenže USA nemělo žádnou raketu vhodnou pro vynesení astronautů. Škrty v rozpočtu a konec raketoplánů znamenal, že si USA platili místenky v Ruských raketách. Pěkně drahou místenku do vagónu druhé třídy.

Vzhledem k tomu, že se vývoj rakety 21. století od NASA hýbal pomalu, vsadila národní agentura na podporu soukromých firem. V tu dobu si Elon Musk začal stavět malé orbitální rakety pojmenované jako Falcon 1. Proč? Jako podnikatel viděl díru na trhu a chtěl nabídnout zákazníkům levné vynášení malých (několik desítek a stovek kilogramů vážících) satelitů na oběžnou dráhu. První Falcony selhaly a až čtvrtá mise byla úspěšná. Pokud by i tento pokus selhal, SpaceX by na samém začátku zkrachovalo. Přitom opravdu šlo o poslední start Falconu 1.

Musk vsadil vše do své vize udělat z lidstva meziplanetární druh a představil Falcon 9. Co má tato raketa spolčeného se Saturnem V a raketoplány? Jedná se o klasickou raketu, právě jako Saturn V. Žádné letadélko přilepené na nosič. Zároveň byl první stupeň, ten největší a nejdůležitější, plně znovupoužitelný. NASA pumpovala do vývoje (nejen) SpaceX miliony dolarů a co z toho vzniklo? Vtipné video, jak nepřistávat s raketou…

Přistání s raketou

Ve SpaceX se totiž snažili o něco naprosto převratného. Přistát s prvním stupněm orbitální rakety. Falcon 9 byl velmi chytře navržen a s cílem přistát se počítalo již od prvních nákresů na papíře. Měkké dosednutí s největší částí rakety, jenž vynáší nejen zbytek (další stupně a náklad), ale také bojuje s odporem atmosféry, si kladlo za cíl ušetřit co nejvíce peněz. Samotné palivo do rakety stojí malý zlomek ceny celého prvního stupně. Výroba této části stojí nejen peníze, ale i čas. První stupeň se totiž vyrábí dlouhé týdny a následně testuje. Přitom se stupeň převáží po pozemních komunikacích.

Nakonec se přistání s prvním stupněm povedlo. V roce 2016 šlo o první přistání nosiče orbitální rakety v historii. Nikdo jiný se o nic podobného před pěti lety ani nepokoušel. Do 4. května Falcon 9 odstartoval 124× a provedl 82 úspěšných přistání z 93 pokusů. Nutno podotknout, že se SpaceX při prvních letech vůbec o přistání nepokoušelo.

Celá situace by se dala přirovnat k letecké dopravě. Kolik by asi stál lístek, pokud byste celé letadlo po každém letu vyhodili a museli vyrobit nové? SpaceX snížilo ceny na 1 kg vyneseného materiálu tak nízko, že je firma i několikrát levnější než celý zbytek světa.

Raketoplán si účtoval za 1 kg 54 tisíc dolarů. Nejlevnější konkurence SpaceX, raketa Proton vynesla totéž množství za 4 tisíce dolarů. Falcon9 dokázal tento náklad vynést za 2 720 dolarů.

Chytání vystřelené kulky

Asi se ptáte, v čem je rozdíl při opětovném použití raketoplánů a prvního stupně Falconu 9. Nestála přece kontrola a oprava raketoplánu tolik peněz, že projekt musela NASA ukončit? Ano, přesně proto jsem nenápadně naťukl orbitální mechaniku, o tu se teď opřu.

Když “standardní” raketa jako Saturn V, Falcon 9 a další letí, odhazují jednotlivé stupně za letu, aby celý stroj byl lehčí. V této části totiž už není palivo a jde tak o mrtvou zátěž. Přesně takhle se odpojí i první stupeň Falconu 9. Ten v tu chvíli neobsahuje téměř žádné pohonné látky a nemá dostatečnou výšku ani rychlost, aby dosáhl oběžné dráhy. Ve vesmíru bude jen na skok, než ho gravitace stáhne zpátky. Kdežto raketoplán se vracel jak velké nemotorné, ale celkem univerzální letadlo. Úplně celý, ale z velké výšky a rychlost, kterou nabral při cestě na oběžnou dráhu.

Ve výsledku se první stupeň Falconu 9 vrací jako prázdná plechovka od piva ze skoku do 2 metrů. Lehce jí chytíte, nic neváží a neklade odpor. Raketoplán se vrací v plné rychlosti. Chytali byste kulku. Tuto vystřelenou kulku zastaví maximálně neprůstřelná vesta, což byl tepelný štít na spodku stroje.

Spaceship

Dostáváme se k jádru věci. Spaceship v podstatě kombinuje vlastnosti Falconu 9 a raketoplánu. Super Heavy Spaceship totiž odstartuje jako klasická dvoustupňová raketa. Dole najdete booster – silný první stupeň. Ten se po odpojení otočí zpátky a přistane jako první stupeň Falconu 9. Tohle už SpaceX umí. V podstatě dala firma obrázek prvního stupně Falconu 9 do malování, zkopírovala ho dvakrát na výšku, třikrát na šířku a hotovo. Vznikl nosič Super Heavy. Jak originální jméno!

Na tento 70 metrů vysoký nosič se umístí Starship. Hybrid mezi klasickou raketou a raketoplánem. Starship je už na pohled hrozně jednoduchý stroj, který připomíná ilustraci z dětské knížky. Nejde o náhodu. Raketoplán byl šíleně složitý a drahý. Ale teoreticky fungoval, lítal opakovaně řadu let.

Oproti raketoplánu má Starship o dost vyspělejší motory Raptor. Jedná se o nejsložitější a nejmodernější raketové motory na světě, které vlastně nejsou v ničem nejlepší, pouze ve všem skvělé. Stejně se tak Starship nestane největší raketou, ani tou nejsilnější. Pouze ve všem skvělou.

Starship se bude vracet zcela stejně jako raketoplán. Taky půjde o vystřelenou kulku, kterou musí chytit rukavice v podobě atmosféry a tepelného štítu. Jenže tento tepelný štít se nemusí měnit po každém přistání. Tahle kulka navíc poletí pod větším náklonem. Pokud jste někdy viděli záběry, jak někdo padá volným pádem, tak víte, že po hlavě letíte rychleji. Naopak pokud si lehnete, budete větší plochou klást vyšší odpor vzduchu a zpomalíte. Takto poletí Starship atmosférou, co nejpomaleji. Vzhledem k nižší váze a větší ploše oproti raketoplánu nemusíte chytat kulku do neprůstřelné vesty. Půjde spíš o paintbollovou kuličku trefenou do plastového chrániče. Ucítíte to, ale pár zásahů vydržíte.

Aktuálně SpaceX staví prototypy Starship značené jako SN (serial number). První verze byly jen jednoduché nádrže s jedním motorem. Poslední SN15 jako první dosáhla výšky deseti kilometrů a úspěšně přistála.

Přistání probíhá překlopením z břicha zpět na vertikální orientaci pomocí motorů a aerodynamických klapek. Princip využívá jednoduché prvky aerodynamiky. Křídla u špičky zůstanou vyklopená, mezitím se ocasní plochy sklopí. Čumák rakety tak má vyšší odpor vzduchu, chce padat pomaleji, záď naopak klesá rychleji. Motory se postarají o zbytek, včetně brždění a přistání. Snažení SpaceX týmu o tento manévr si můžete prohlédnout na videu níže.

Vznikla tak raketa s nosností podobnou nejsilnějšímu nosiči vyrobenému lidmi, který půjde opakovaně použít a za cenu zlomku konkurence. Jeden win za druhým. Měřítkem tohoto technického úspěchu se stala konkurence, respektive její absence. Nikdo na světě nedokázal přistát ani s prvním stupněm rakety ve stylu Falconu 9. Nikdo na světě nemá ani prototyp motoru na stejném principu jako Raptor od SpaceX. Nikdo nedisponuje raketou, která má nosnost srovnatelnou se Starship. Nejblíže se k tomu dostal Falcon Heavy, také od SpaceX.

Firma Elona Muska vznikla v roce 2002 a pouze za rok 2021 má Falcon 9 za sebou 13 startů. Více než celá Čína dohromady (která disponuje osmi typy raket). Celý vývoj Starship probíhá aktivně po dobu dvou let. Každý měsíc se vyrobí jedna testovací Starship a tempo pozvolně zvyšuje. Všechny verze přitom nesou řadu vylepšení. NASA mezitím staví SLS, raketu obdobné velikosti a nosnosti. Vývoj trvá už téměř dekádu a stál 18,6 miliard dolarů. Cena za jeden start se odhaduje na 2,5 miliardy dolarů. Pokud Starship bude znovupoužitelná, náklady za start se vyšplhají na nízké miliony.

Máte peníze na letenku za pár tisíc, nebo za pár milionů Kč? Přesně takový řádový rozdíl vyvstal mezi Starship a čímkoliv obdobným. Právě proto Starship může způsobit přelom. Nejde o recyklovanou technologii ze šedesátých let. Tento stroj staví na moderním základu a klade si za cíl udělat z lidstva meziplanetární druh.