Ariane 6: nová raketa ze starých časů

Praha 13. júla 2024 (HSP/Kechlibar/Foto:TASR/AP-Stephane Corvaja/European Space Agency via AP, Screenshot)

Není důvod k velkému nadšení. Nový nosič je zastaralý už v okamžiku prvního vzletu

V úterý 9. července 2024 odstartovala z Francouzské Guyany první pokusná raketa Ariane 6. Mise byla napůl úspěšná: stroj se dostal do vesmíru, ale na oběžné dráze došlo k poruše, které vedlo k tomu, že dva kusy nákladu se nepodařilo vypustit. Druhý stupeň rakety se pak dostal na neočekávanou dráhu, na které bude pár desítek let “překážet”. (Původním záměrem bylo navést jej do atmosféry, kde by shořel.)

Samotné anomálie u prvního letu nejsou nic zásadního, kolem čeho by bylo potřeba lamentovat. “Dětské nemoci” má každá technologie a každý výrobek, časem se spraví; a předešlý model, Ariane 5, proslul jako velmi spolehlivý. Celkem nepochybuji, že v Arianespace mají potřebné know-how k tomu, aby i Ariane 6 jednoho dne fungovala spolehlivě.

Problém je úplně jinde. Ariane 6 je už v okamžiku svého prvního letu koncepčně zastaralá, a byla by zastaralá už před několika lety(!). Hezká nová parní lokomotiva v časech, kdy konkurence jezdí elektricky. Drahý dřevěný dvojplošník v době prvních tryskáčů. Vyšperkovaný němý film natočený v době, kdy už to z plátna vesele brebentilo.

K pochopení, co je na Ariane 6 špatně, je nutno se aspoň malinko seznámit s tím, jak fungují lety do vesmíru.

Abyste se dostali na oběžnou dráhu, musíte zrychlit. Hodně zrychlit, jinak se zřítíte zpátky na zem; požadovaná minimální rychlost, zvaná také první kosmická, je v případě naší planety téměř 8 km za sekundu, což je přes 28 tisíc kilometrů za hodinu. Nemá moc cenu si to představovat: je to 200x více, než jak rychle jede pořádně rozjeté auto po dálnici, jinými slovy, naprosto mimo naši běžnou zkušenost.

Samozřejmě, abyste takto zrychlili, potřebujete spalovat v motorech nějaké palivo, ale to palivo nepálíte všechno naráz – přichází na řadu postupně. To znamená, že ze začátku letu netáhnete nahoru jen samotnou kosmickou loď, ale i nespálené palivo v ní. K tomu je potřeba hodně paliva, a když přidáváte palivo, zase táhnete tam nahoru více paliva, k čemuž potřebujete palivo … tenhle proces je naštěstí konečný, ale vzhledem k síle zemské gravitace končí na dost vysokých hodnotách. Tomu se říká “tyranie raketové rovnice” a na tento problém přišel už ruský teoretik Ciolkovskij roku 1903.

U rakety přichystané ke vzletu běžně tvoří 90 a více procent její hmotnosti palivo. Prázdná raketa je překvapivě lehká a leckdy se musí zevnitř i tlakovat plynem, aby se nezhroutila sama do sebe; je to taková plechovka s tenoučkými stěnami. Zde je například staré černobílé video z úsvitu kosmického věku, které zachycuje “složení” rakety Agena, když tlakování selhalo. Její stěny byly prostě příliš slabé na to, aby stroj unesl sebe sama a náklad, a zůstal přitom v původním tvaru.

Jediným praktickým způsobem, jakým aspoň částečně omezit tyranii raketové rovnice, je takzvané stupňování raket. Rozdělíte zkrátka ten stroj na více kusů (“stupňů”), které mají svoje vlastní motory, svoje vlastní palivo, a jakmile se jeden stupeň vyčerpá, odhodí se. Tím zbytek rakety trochu “zlehkne”, což pomůže celkové nosnosti. Dnes se pro cestu na oběžnou dráhu typicky používají dva stupně.

(Pořád se bavíme o vzletech ze Země. Poměry na Měsíci či Marsu by byly jiné. Tam je ta gravitace o tolik slabší než zemská, že žádné stupňování nepotřebujete; single stage to orbit (SSTO) je tam naprosto reálný a funkční model. Leč to není současný problém kosmonautiky. Snad za 10-20 let.)

Všimněte si toho klíčového slova “odhodí se”. Kam? Od počátku kosmického věku až donedávna zněla odpověď na tuto otázku “pryč”, lišily se jenom detaily. Američané startovali směrem nad oceán, takže do vody. Rusové a Číňani nad pevninou, takže do liduprázdné stepi nebo pouště. Podstatné je, že ty první stupně byly na jedno použití: reálně fungovaly jen jednou, pouhých pár minut, a pak se zřítily zpátky na zem jako dále nepoužitelný odpad. Motory, nádrže, elektronika, všechno se použilo jen jednou.

(Z trochu jiných důvodů platil tento princip i pro druhé stupně, ale nebudeme do toho zabrušovat. Zdatného čtenáře zároveň nutno ujistit, že o recyklaci pevných boosterů pro raketoplán vím. Drobné výjimky potvrzují velké pravidlo.)

K zásadnímu technologickému skoku došlo až koncem roku 2015, kdy se společnosti SpaceX, po dlouhé a dlouhé snaze plné barvitých explozí, podařilo poprvé úspěšně vrátit první stupeň zpátky na zem v nedotčeném stavu, tak, aby mohl být použit znovu. Tohle měkké dosednutí bylo začátkem revoluce.

(Mimochodem, z těch neúspěšných pokusů předtím vznikl docela pěkný krátký film doprovázený hudbou z Monty Pythona. Aspoň můžeme mít představu, co všechno si inženýři ze SpaceX užili, než dosáhli svého cíle.)

Velké zavedené kosmické firmy, včetně Arianespace, se k pokusům SpaceX přistávat s použitými raketami stavěly dost přezíravě až pohrdavě: nikdy se to tak nedělalo. Ředitel Arianespace Stephane Israel, sám povoláním právník, ujistil v květnu 2015 francouzský parlament, že z tohoto směru nehrozí evropským raketám příliš velká konkurence.

Leč kdo se směje naposledy, ten se směje nejlépe. Po počátečních potížích se Falcon 9 se znovupoužitelným prvním stupněm stal naprostým králem nízké oběžné dráhy. Nejdražší součástí rakety bývají motory, a můžete-li je použít dvacetkrát místo jednou, celé účetnictví bude samozřejmě vypadat naprosto jinak. SpaceX také razantně vyšťouchla dříve dominantní Ariane 5 z komerčního trhu a její aktivita narostla natolik, že letos to vypadá na tři starty Falconu každý týden. Přitom ta raketa létá v podstatě bezchybně; k poslednímu selhání Falconu 9 došlo v červnu 2015, tedy před devíti lety, a to byl ještě starší model, který už se dlouho nepoužívá.

Ostatně, obrázek s grafem to popíše ještě stručněji a jasněji: takto vypadá vzletová aktivita firmy SpaceX od roku 2012.

Update 12.7.2024 ve 21:45: samozřejmě, pár hodin poté, co jsem to dopsal, došlo k anomálii při letu Falconu 9, čímž devítiletá série dokonalých startů skončila. Až do vyjasnění této epizody mají Falcony 9 od amerických úřadů “zaracha”. Konec update.

Současný kosmický průmysl na Zemi se tak dělí do třech velmi různých sektorů:

a. Samotná firma SpaceX, která momentálně vysílá do kosmu daleko více strojů i nákladu než Čína a Rusko dohromady;

b. Skupina několika převážně mladých firem (amerických a čínských), které se snaží ji napodobit a přijít co nejrychleji s vlastními znovupoužitelnými raketami.

c. Zbytek resortu, často velké a zavedené firmy, kterým ujel vlak a jen tak hledí na tu spoušť, případně se snaží tlačit na svoje vlády, aby dostaly monopol na nějaké “strategické zakázky”, protože jsou přece místní.

Do poslední kategorie patří i Arianespace a její Ariane 6. Na rozdíl od Falconu se ji nikdo v Číně nesnaží zkopírovat; je zastaralá. Může se těšit jednou jistotou – francouzská vláda bude svoje vojenské satelity určitě nechat vynášet pomocí Ariane, protože je to francouzská raketa. Ale to je několik startů do roka, a na běžném trhu je Ariane 6 nekonkurenceschopná. Dokonce i evropské firmy dávají přednost službám SpaceX; symbolickou ťafkou bylo před několika týdny, když Eumetsat odřekl zakázku na vynesení meteorologického satelitu Arianespace a dal přednost právě SpaceX.

Je to v podstatě smutný příběh. Ariane 6 byla ve vývoji skoro deset let. Ještě někdy roku 2020 nebo 2021 byla šance těm inženýrům říci “sorry, špatně jsme to odhadli, musíte ten stroj předělat na znovupoužitelný”. Jistě by to stálo nějaké peníze a čas navíc, ale třeba by se to podařilo a výsledkem by byl modernější nosič, schopný Falconu 9 konkurovat.

Takhle ovšem máme k dispozici hezký, drahý dřevěný dvojplošník potažený luxusním plátnem, který je ale v dnešní době anachronismem. Mimo jiné s ním nemůžete ani pomýšlet např. na výstavbu satelitní sítě konkurující Starlinku, protože zahazovat raketu po každém použití je pekelně drahé, a k výstavbě srovnatelné sítě by jich bylo potřeba zahodit stovky.

Její teoretický nástupce, budoucí Ariane 7 (též Ariane Next), je zatím jen na papíře a realisticky se nezjeví dříve než v půlce třicátých let. A tou dobou už nejspíš bude zastaralý také…

Hudební epilog

Marian Kechlibar

Článok pôvodne vyšiel na portáli Kehlibar.net.

Prečítajte si tiež

• Vedecký tím sa spojil so slovenskou družicou po jej vynesení do vesmíru
• Do vesmíru poletela ďalšia slovenská družica GRBBeta