Když podnikatel a vizionář Elon Musk v září 2011 oznámil, že plánuje vícenásobnou použitelnost svých raket a jejich motorické přistávání přímo na kosmodromu, mnozí se jen potutelně usmívali. Dnes už se nesměje nikdo: Musk vrací rakety zpět na Zemi jako na běžícím pásu a první z nich chystá již v březnu na opakovaný start. Kosmické rakety mají historicky jednu velkou kouli na noze. Vyvinuly se totiž z raket vojenských, u kterých se z principu s vícenásobnou použitelností nepočítalo. A tak pro každou misi vznikala nová raketa, což samozřejmě znamená obrovské náklady na výrobu i testování. Pak je tu ale ještě technický problém. Znovupoužitelnost znamená vyšší technologickou náročnost a především hmotnost. Ať v podobě padáku, pohonných látek pro přistávací motory, tepelné ochrany, robustnější konstrukce, nafukovacích airbagů tlumících dosednutí, křídel či jakéhokoliv jiného systému. Tato hmotnost je přitom na úkor nosnosti rakety. V případě dvoustupňové konstrukce znamená u prvního stupně každých 6 kg nákladu hmotnosti navíc snížení nosnosti o 1 kg. U druhého stupně je to přitom jedna ku jedné: každý kilogram tepelného štítu, podvozku či čehokoliv jiného rovná se snížení nosnosti právě o 1 kg. Na zelené louce Elon Musk se přesto rozhodl na znovupoužitelnost vsadit. Kromě technické invence a schopnosti sehnat pro svoji firmu SpaceX investory měl i jednu obrovskou výhodu: začínal na zelené louce. Jiná kosmická technika má za sebou určitou genezi a historii. Na ni se pak obtížně „roubují“ nové nápady nebo technologie. Ovšem stejně nejde o nic jednoduchého. Po zvážení všech pro a proti se SpaceX rozhodla pro návrat prvního stupně (uvažovala také o druhém, ale ten je tak technologicky náročný, že ho odložila na vzdálenější budoucnost) ve vertikální poloze: k přistání dochází se zapnutými motory na vyklopené podvozkové nohy. Sice to vypadá jednoduše, ale skutečnost je úplně jiná. Sám Elon Musk říká: „Přistát s prvním stupněm je stejně jednoduché, jako pokusit se vybalancovat v hurikánu gumové koště na špičce prstu.“ Odměna za „vybalancování koštěte“ je ovšem více než lákavá. Cena pohonných látek totiž v případě rakety Falcon 9, která je vlajkovou lodí SpaceX, představuje jen asi 0,3 procenta ceny nosiče. Čistě teoreticky se tak bavíme o zhruba 300násobném snížení nákladů na cesty do vesmíru. Realita je pochopitelně jiná a SpaceX dnes nabízí let na „repasované“ raketě se slevou 10 až 30 procent (katalogová cena Falconu 9 je 65 mil. USD). I tak je ale řeč o nezanedbatelných úsporách v řádu stovek milionů korun na jednu misi. Scénář záchrany Celá raketa Falcon 9 má výšku 70 m, hmotnost při startu zhruba 550 t a maximální nosnou kapacitu 22 t. První i druhý stupeň mají průměr 3,7 m: je to přesně průměr nákladu, který lze po amerických silnicích přepravovat bez speciálního povolení. SpaceX má totiž výrobní haly v Hawthorne, což je předměstí Los Angeles (Kalifornie). Zkušební stavy pak v McGregoru (Texas) a startovací rampy na Floridě i v Kalifornii (další pak buduje v Texasu). Srdcem nosiče jsou každopádně motory Merlin 1D, které by teoreticky měly vydržet až 40násobné použití (podle jiných zdrojů je bude možné využít až 100krát, ale to ukáže až reálný provoz). V prvním stupni je jich 9 (jeden středový a 8 rozmístěných kolem něj), 10 ve druhém. Pro SpaceX je typická výroba většiny prvků raket ve vlastních dílnách, ovšem to není vždy možné nebo žádoucí. Třeba právě motory Merlin 1D využívají běžně dostupné servomotory FAULHABER. Ty zajišťují řízení dodávky paliva do motorů: špatný poměr paliva k okysličovadlu by vedl k předčasnému spotřebování pohonných látek (a tím ke ztrátě rakety) nebo ke zničení motoru. Vzhledem k netradičnímu profilu letu navíc musí ventily pracovat několikrát a plynule regulovat tah. Vše za velmi tvrdých podmínek nízkých i vysokých teplot, přetížení, vibrací… První stupeň, o kterém je přitom v případě záchrany řeč, má výšku 45 m a prázdnou hmotnost 25,6 t. Pokud není zachraňován a po skončení mise se bez užitku zahodí, uděluje druhému stupni a vynášenému nákladu rychlost cca 3,4 km/s. Pokud se ale vrací, dosahuje rychlosti jen 2,0 km/s. Část pohonných látek totiž potřebuje na sérii brzdicích manévrů, část jeho hmotnosti pak tvoří přistávací systém (roštová kormidla, stabilizační motory, přistávací podvozek). První stupeň každopádně pracuje do výšky cca 80 km, pak uvolňuje stupeň druhý. Setrvačností ještě dosáhne zhruba 100 km, poté se začne vracet. V tuto chvíli je zapotřebí provést jeden ze zážehů motorů. To proto, aby stupeň vstupoval do atmosféry co nejnižší rychlostí a tepelné namáhání tak bylo minimální. Další motorické manévry pak záleží na tom, zdali stupeň směřuje na plošinu v oceánu (typicky 320 km od místa startu) nebo míří zpět na kosmodrom (což je sice jednodušší z hlediska logistiky, ale mnohem náročnější energeticky). Finální fáze záchrany začíná tím, že padající stupeň stabilizují a na cíl nasměrují roštová kormidla. SpaceX uvádí, že bez nich by přesnost byla plus minus 1 km, s nimi je o dva až tři řády lepší. Na posledních 10 až 15 s se pak zapálí jeden až tři motory (podle profilu sestupu). Pět sekund před dosednutím se začne vyklápět podvozek se čtyřmi vzpěrami, na které stupeň rychlostí 2 m/s dosedá. Přistává se každopádně „na doraz“. V raketě většinou zůstávají pohonné látky na 1 až 3 s letu. Testov ání při ostrém provozu Aby si životaschopnost této koncepce ověřila, vyrobila SpaceX dva testovací stupně, které zalétala na své základně v texaském McGregoru. Druhý z nich byl sice kvůli technické závadě autodestrukčním systémem za letu zlikvidován, ale i tak se během zkoušek podařilo získat množství cenných dat. Firma pak přikročila k ostrým zkouškám během startů do vesmíru. Pokud je to v silách rakety a pokud s tím zákazník souhlasí, instaluje SpaceX na Falcon 9 návratové systémy a o přistání se pokouší. Zkušenosti tak získává na hardwaru, který je zaplacený – a který by se beztak bez užitku po splnění úkolu odhodil. Další výhodou je, že se testuje v reálných podmínkách. První fáze zkoušek probíhala od září 2013 do září 2014 a jejich cílem nebylo zachránit stupeň. Studovalo se jeho chování, stabilita, citlivost řízení, ladil se autopilot. První pokus o záchranu stupně proběhl v lednu 2015, kdy ale hydraulika roštových kormidel předčasně spotřebovala pracovní kapalinu. Raketa se pak těsně nad přistávací plošinou naklonila, převrátila a explodovala. Následovaly další zkoušky. Pokaždé se objevila nějaká „maličkost“, která nadějně vypadající pokus zhatila. Až v prosinci 2015 se první stupeň Falconu 9 bezpečně vrátil na Zemi. Dosedl jen 1,3 m od středu cílové oblasti. V loňském roce pak bylo učiněno 8 pokusů o záchranu, z toho 5 úspěšných. A za první dva měsíce letošního roku má SpaceX za sebou dva pokusy a dva úspěchy. Dočkáme se revoluce ? Jedna věc je ale záchrana stupně, druhá pak jeho skutečná znovupoužitelnost. Jeden ze zachráněných stupňů loni postavila firma SpaceX na zkušební stav a 8krát ho otestovala na stejnou dobu a stejný tah, jako při letu do vesmíru (z toho třikrát ve třech po sobě jdoucích dnech). Ovšem reálné podmínky letu do vesmíru jsou něco jiného. Již brzy ale budeme znát odpověď, když už koncem března má odstartovat Falcon 9 s telekomunikační družicí SES-10. První stupeň přitom není žádným nováčkem: loni v dubnu pomohl vynést na Mezinárodní kosmickou stanici zásoby v lodi Dragon. Pokud uspěje, prolomí SpaceX další technologickou (i psychologickou) bariéru při dobývání vesmíru.