Úvodní strana  >  Články  >  Kosmonautika  >  Marsovský transportní systém SpaceX

Marsovský transportní systém SpaceX

Transportní systém pro Mars, vizualizace
Autor: SpaceX

V úterý večer vystoupil Elon Musk na konferenci IAC 2016 v Mexiku s plány jeho společnosti SpaceX pro kolonizaci Marsu. Na tuto událost čekali fanoušci kosmonautiky dlouhou dobu a nyní můžeme určitě prohlásit, že naše očekávání byla překonána. Elon Musk začal svojí prezentaci důvody pro cestu na Mars, pokračoval přes hlavní překážky celého systému, až přímo k technickým detailům samotné rakety a kosmické lodi. V tomto článku nebudeme spekulovat nad reálností tohoto plánu, ale zaměříme se pouze na informace z přednášky. Jelikož raketa ani kosmická loď nedostaly žádná oficiální jména, budou v článku použity zažité termíny BFR (Big Falcon Rocket) pro raketu a ITS (Interplanetary Transport System) pro vesmírnou loď (té se původně říkalo MCT – Mars Colonial Transporter).

Elon začal přednášku svou motivací k letům na Mars a dále. Existují jen dvě cesty, kterými se naše civilizace může vydat. Buď zůstaneme pouze na Zemi a je jen otázkou času, než nás zahubí nějaká ničivá událost. Druhou možností je pak umožnit lidem cestovat a osidlovat jiné planety, což je podle Elona ta správná cesta. SpaceX chce dosáhnout bodu, kdy cesta na Mars bude nejen uvěřitelná, ale také dosažitelná i pro běžné lidi. To samozřejmě není v dnešní době zatím možné. Elon odhaduje, že za použití podobného přístupu, jako při misích Apollo, by se cena letu jediného člověka na Mars pohybovala okolo 10 miliard dolarů. To je moc vysoká cena na to, aby mohla na Marsu vzniknout samostatná kolonie. Aby se na Mars dostal dostatek lidí, musí cena klesnout na ekvivalent rodinného domu, tedy pod 200 000 dolarů. Jak ale tak drastického snížení dosáhnout?

Elon Musk při prezentaci 27. 9. 2016 Autor: SpaceX
Elon Musk při prezentaci 27. 9. 2016
Autor: SpaceX

Podle Elona k takovému zlepšení vedou čtyři klíčové prvky – celková znuvupoužitelnost, tankování na oběžné dráze, výroba paliva na Marsu a volba správné palivové směsi. Hlavní roli při snižování ceny hraje znuvupoužitelnost. To ilustruje klasický Muskův argument o neuvěřitelných cenách letenek, pokud by bylo letadlo zničeno při každém letu. Problém marsovské architektury je fakt, že okno pro let se otevírá pouze jednou za 26 měsíců. Samotná loď pro cestu na Mars tedy nemůže být použitá znovu moc často. Proto je potřeba poslat na jedné lodi co nejvíce nákladu najednou. K tomu vede druhý prvek – tankování na oběžné dráze. To umožní lodi ITS dopravit k Marsu mnohem více nákladu. Pokud by měla stejná mise proběhnout bez tankování na oběžné dráze, byla by potřeba 5× – 10× větší raketa, která by byla samozřejmě mnohem dražší a složitější na vývoj. Produkce paliva na Marsu pak umožní návrat samotných lodí ITS zpátky na Zemi, což dále sníží cenu letů. Posledním důležitým prvkem je volba paliva. Z dostupných možností je na tom nejlépe kombinace metanu a kyslíku, která sice není nejefektivnějším raketovým palivem, ale má jiné pozitivní vlastnosti. Pro tekutý vodík jsou potřeba zbytečně veliké nádrže, tlusté vrstvy izolace a jeho přečerpávání je problematické. Hlavní nevýhodou kerosinu je pak nemožnost výroby na povrchu Marsu. Metan nepotřebuje o moc větší nádrže než kerosin, netvoří tolik sazí při spalování, což napomáhá znuvupoužitelnosti motorů, má vyšší účinnost než kerosin, lze ho produkovat na Marsu a není tak problematický při přečerpávání. Funkci celého systému pěkně shrnuje video, které bylo ukázáno na přednášce:

3D modely použité ve videu vycházejí přímo z technických nákresů SpaceX, takže to co vidíme ve obrazovce je skutečně to, co se SpaceX pokusí postavit. Pojďme se tedy podívat na to, jak bude celý systém fungovat. Kromě znovupoužitelného prvního stupně (BFR) a lodi pro cestu na Mars (ITS) bude potřeba ještě orbitální tanker. Loď ITS bude prvotně fungovat jako druhý stupeň pro raketu BFR a pomocí svého vlastního paliva a motorů se usadí na nízké oběžné dráze, zatímco BFR přistane opět na Zemi. Pak přijde ke slovu tanker. Ten bude také startovat na raketě BFR a jeho úkolem bude spojit se s lodí ITS a během třech až pěti letů naplnit její nádrže až na maximum. Samotný tanker bude také plně znovupoužitelný, bude přistávat na Zemi pomocí vlastních motorů. Plně natankovaná loď ITS se poté vydá na cestu k Marsu. SpaceX cílí na velmi vysokou životnost všech tří komponent, 1000 použití pro BFR, 100 pro tanker a 12 pro loď ITS samotnou, což znamená 12 letů k Marsu. Hlavní myšlenkou je dostat velké množství lodí ITS na oběžnou dráhu, ty poté dotankovat pomocí mnoha letů znovupoužitelného tankeru, aby mohla celá flotila vyrazit v okamžiku otevření přeletového okna k Marsu. Celá flotila lodí poté na Marsu vyloží náklad a posádku, dotankuje a vrátí se zpět k Zemi, kde se bude celý cyklus opakovat.

Model rakety BFR a lodi ITS pro lety k Marsu Autor: SpaceX
Model rakety BFR a lodi ITS pro lety k Marsu
Autor: SpaceX

Elon Musk se dále dostal k techničtějším detailům celé architektury. Raketa BFR by měla mít průměr 12 metrů, loď ITS pak 17 metrů. Celá sestava BFR-ITS bude na výšku měřit 122 metrů. Palivový tanker bude velmi podobný lodi ITS, prostor pro náklad a posádku bude ale zaplněn většími nádržemi na palivo. Konstrukce rakety BFR pak vychází z prvního stupně Falconu 9, s velkým množstvím vylepšení. Nádrže budou vyrobeny z uhlíkových vláken, namísto slitiny lithia a hliníku jako je tomu u Falconu. Dalším vylepšením je tlakování palivových nádrží pomocí paliva samotného. To bude ohřáto pomocí tepla z motorů a navráceno zpátky do nádrže, čímž bude udržen správný tlak. Tento systém nahradí složité tlakování pomocí hélia, které způsobilo SpaceX veliké množství problémů. Stejný systém bude použit také pro manévrovací trysky, které používají u Falconu 9 stlačený dusík. Ten bude u BFR nahrazen ohřátým natlakovaným kyslíkem a metanem. Motory Raptor budou ke startu používat zapálení pomocí jiskry, což umožní eliminovat nutnost hypergolické startovací směsi TEA-TEB. Raketa BFR bude tedy prakticky mnohem jednodušší než Falcon 9, namísto pěti pracovních tekutin bude používat jen dvě – palivo a okysličovadlo.

Raketový motor Raptor Autor: SpaceX
Raketový motor Raptor
Autor: SpaceX
Celý systém bude používat jediný typ motoru – Raptor. Ten spaluje tekutý kyslík a metan v uzavřeném cyklu zvaném full-flow staged combustion. Tlak ve spalovací komoře bude 30 000 kPa, což je více než u jakéhokoliv jiného v současnosti používaného raketového motoru. Raptor by měl mít také zatím nejlepší poměr tahu ku hmotnosti. Raptor v atmosférické variantě poskytne tah na úrovni moře 3050 kN a specifický impuls 334 s. Vakuová varianta pak bude produkovat tah 3500 kN a specifický impuls 382 s. I když poskytuje Raptor více než trojnásobek tahu oproti motoru Merlin 1D, bude zhruba stejně veliký. To je způsobeno mnohem vyšším tlakem ve spalovací komoře. BFR bude také používat podchlazené palivo pro maximalizaci účinnosti, podobně jako nová verze rakety Falcon 9. Raketa BFR bude používat celkem 42 motorů Raptor, přičemž pouze sedm z nich bude moci vektorovat svůj tah pro řízení rakety, zbytek bude uchycen napevno. Bez lodi ITS bude BFR měřit 77,5 metrů na výšku, pojme 6700 tun paliva a suchý bude vážit 275 tun. Na úrovni moře poskytne 42 motorů tah 128 MN, ve vakuu pak 138 MN. BFR urychlí ITS nebo tanker na 8650 km/h předtím, než se oddělí. Pro přistání si pak ponechá 7 % ze svého nákladu paliva. Při návratu skrz atmosféru bude používat roštová kormidla, stejně jako Falcon 9. SpaceX si také více věří s přesností jejich přistání, proto je v plánu přistávat s raketou BFR přímo na startovací rampě, ne na speciální přistávací ploše.

Loď ITS Autor: SpaceX
Loď ITS
Autor: SpaceX
Loď ITS bude 49,5 metrů vysoká, pojme 1950 tun paliva a pohánět ji bude devět motorů Raptor. Tři z nich budou v atmosférické variantě s možností vektorování tahu a šest ve vakuové variantě, bez možnosti vektorování tahu. Loď ale bude možné řídit i v případě práce jen šesti vakuových motorů, a to pomocí změny tahu jednotlivých motorů. Všech devět motorů poskytne dohromady tah ve vakuu 31 MN. Hmotnost ITS bez paliva bude 150 tun, její nosnost na nízkou oběžnou dráhu je plánovaná na 300 tun a po dotankování dokáže dopravit k Marsu až 450 tun nákladu. Jedna loď ITS bude schopná zprvu uvézt 100 pasažérů, toto číslo by mělo ale do budoucnosti stoupat. Tanker bude mít identické rozměry a uspořádání motorů jako ITS, pojme však více paliva – 2500 tun, jeho suchá hmotnost bude jen 90 tun a na nízkou oběžnou dráhu dopraví až 380 tun nákladu (paliva).

První loď, která poletí na Mars bude obsahovat malou továrnu na výrobu paliva, která bude postupně zvětšována. Palivo pro ITS lze vyrobit ze dvou složek, kterých je na Marsu dostatek – z vody a oxidu uhličitého. Voda se pomocí elektrolýzy rozštěpí na vodík a kyslík. Kyslík bude zkapalněn a uložen. Vodík a oxid uhličitý pak dají vzniknout při Sabatierově reakci metanu, který bude zkapalněn a uložen. Energii nutnou pro tento proces poskytnou solární panely.

Elon se dále zaměřil na financování celého projektu. První impuls poskytne samozřejmě SpaceX, která bude generovat zisk z komerčních misí a zásobování ISS. Další finance pak mohou přijít od soukromých investorů, kteří by chtěli financovat základnu na Marsu. Jak bude projekt nabírat obrátky, mělo by se zapojit čím dál tím více investorů, vlád, a nakonec i samotná veřejnost. Další část prezentace se věnovala časovému plánu. První testy lodi ITS a rakety BFR by měli přijít ještě před koncem tohoto desetiletí, testy na oběžné dráze pak v roce 2020 a lety na Mars by v ideálním případě mohly začít už ke konci roku 2022. Tento časový plán je samozřejmě, jak řekl sám Musk, velice optimistický a počítá s bezproblémovým vývojem.

Prototyp nádrže z uhlíkových kompozitů Autor: SpaceX
Prototyp nádrže z uhlíkových kompozitů
Autor: SpaceX

Ke konci prezentace Elon ukázal, jakých pokroků firma SpaceX dosáhla při vývoji technologií nutných pro tuto architekturu. Prvním pokrokem je zážeh motoru Raptor, který by na přednášce ukázán přímo ve videu. Druhým je pak prototyp obří nádrže z uhlíkových vláken. Elon vysvětlil, že kombinace uhlíkových vláken a kryogenického paliva působí vážené problémy, ale že SpaceX kvůli těžké práci pravděpodobně dokázala většinu zádrhelů vyřešit. První testy nádrže s kryogenickým palivem tak dopadly dobře. Musk svoji přednášku zakončil několika obrázky lodi ITS na různých tělesech Sluneční soustavy, aby poukázal na fakt, že tento systém bude moci létat i jinam než jen na Mars.

ITS na Enceladu, vizualizace Autor: SpaceX
ITS na Enceladu, vizualizace
Autor: SpaceX

ITS u Jupiteru, vizualizace Autor: SpaceX
ITS u Jupiteru, vizualizace
Autor: SpaceX

ITS na Europě, vizualizace Autor: SpaceX
ITS na Europě, vizualizace
Autor: SpaceX

Celou prezentaci můžete shlédnout zde:

Autorem článku pro Kosmonautix.cz je Daniel Heřt, redakční úpravy Martin Gembec

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Prezentace Elona Muska
[2] Online textový přenos Kosmonautix.cz

Převzato: Kosmonautix.cz



O autorovi

Martin Gembec

Martin Gembec

Narodil se v roce 1978 v České Lípě. Od čtení knih se dostal k pozorování a fotografování oblohy. Nad fotkami pak vyprávěl o vesmíru dospělým i dětem a u toho už zůstal. Od roku 1999 vede vlastní web a o deset let později začal přispívat i na astro.cz. Nejraději fotografuje noční krajinu s objekty na obloze a komety. 

Štítky: Mars, Raptor, SpaceX, Interplanetary Transport System


49. vesmírný týden 2016

49. vesmírný týden 2016

Přehled událostí na obloze od 5. 12. do 11. 12. 2016. Měsíc bude v první čvrti, uvidíme Lunar X? Večer je krásně vidět Venuše na jihozápadě. Mars je výše a skoro nad jihem. Ráno je pěkně viditelný Jupiter. Slunce se po krátkém zvýšení aktivity opět uklidnilo. Poté, co došlo k selhání horního stupně rakety Sojuz, zřítila se nad Ruskem nákladní loď Progress, původně určená k zásobování ISS. Pokud se v tomto týdnu povede start japonské zásobovací lodi HTV, bude to pro osazenstvo stanice úplně v pohodě. Kromě tohoto startu se očekávají ještě další čtyři.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Planety

Hvězdy bloudivé, oběžnice, planety. Několik pojmenování téhož. Ostatně i řecké πλανήτης, neboli planétés, znamená vlastně „tulák“. Pro mnoho z nás obíhá kolem Slunce planet devět. Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun a Pluto. Ovšem od roku 2006, od valného shromáždění

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Měsíc

Měsíc

Další informace »