SpaceX — súkromná vesmírna spoločnosť Elona Muska: rakety a ISS

V roku 2001 Elon Musk navrhol projekt pristátia malého skleníka na pestovanie rastlín na Marse. Povedal: "Bolo by to najďalej, kam sa kedy život dostal." Snažil sa tak obnoviť záujem verejnosti o výskum vesmíru a zvýšiť rozpočet NASA. Musk sa pokúšal kúpiť lacné rakety z Ruska, ale vrátil sa s prázdnymi rukami po tom, ako sa mu nepodarilo nájsť rakety za prijateľnú cenu. Neskôr si Musk uvedomil, že by mohol založiť spoločnosť, ktorá by dokázala postaviť potrebné rakety. Podľa skorého investora do spoločností Tesla a SpaceX Steva Jurvetsona Musk vypočítal, že suroviny na stavbu rakety v skutočnosti predstavujú 3 % vtedajšej ceny rakety. Uplatnením vertikálnej integrácie, vlastnou výrobou približne 85 % štartovacieho hardvéru a modulárnym prístupom z oblasti softvérového inžinierstva mohla spoločnosť SpaceX znížiť cenu štartu desaťnásobne a stále mať 70 % hrubú maržu.

Začiatkom roka 2002 Musk hľadal pracovníkov pre svoju novú vesmírnu spoločnosť, ktorá sa čoskoro mala volať SpaceX. Musk našiel raketového inžiniera Toma Muellera (neskôr technického riaditeľa spoločnosti SpaceX pre pohon). Súhlasil, že bude pracovať pre Muska. Tak sa zrodila spoločnosť SpaceX. Prvé sídlo spoločnosti SpaceX bolo v sklade v El Segundo v Kalifornii. Od svojho založenia v roku 2002 sa spoločnosť rýchlo rozrástla, zo 160 pracovníkov v novembri 2005 na 1 100 v roku 2010, 3 800 pracovníkov a dodávateľov do októbra 2013, takmer 5 000 koncom roka 2015 a približne 6 000 v apríli 2017. V novembri 2017^{[aktualizácia]} sa počet zamestnancov spoločnosti zvýšil na takmer 7 000. V roku 2016 Musk vystúpil s prejavom na Medzinárodnom astronautickom kongrese, kde vysvetlil, že vláda USA používa raketovú technológiu ako "pokročilú zbraňovú technológiu", čo sťažuje zamestnávanie neameričanov.

Rané vozidlá

Falcon 1 bola prvá nosná raketa spoločnosti SpaceX. Štartovala celkovo päťkrát, avšak iba štvrtý a posledný let bol úspešný. Falcon 1, ako už názov napovedá, poháňal 1 motor Kestrel a na obežnú dráhu mohol vyniesť maximálne 670 kilogramov.

Ďalším skorým vozidlom bol zrušený Falcon 5, ktorý mal na prvom stupni 5 motorov Merlin a na druhom stupni 2 motory Kestrel. Bol zrušený v roku 2007, keď bol vyradený z používateľskej príručky spoločnosti.

Aktuálne rakety

Falcon 9 je funkčná, opakovane použiteľná dvojdielna raketa, ktorá sa vypúšťa pomocou deviatich motorov Merlin v prvej časti a špeciálneho motora Merlin, ktorý bol vyrobený pre miesta, kde nie je vzduch. Poháňa ju kvapalný kyslík a palivo vyrobené pre rakety s názvom RP-1. Unesie až 22 800 kilogramov (50 300 libier) a môže tiež podporovať vozidlo Dragon spoločnosti SpaceX. Je to prvá raketa schopná dostať sa na obežnú dráhu, ktorá dokáže dostať svoju prvú časť späť na Zem.

Falcon Heavy je ďalšia funkčná raketa, ktorú možno opakovane použiť podobne ako Falcon 9. Falcon Heavy má však namiesto jednojadrového systému Falconu 9 trojjadrový systém pre svoju prvú časť. Vďaka trom jadrám má prvá časť rakety 27 motorov Merlin. Druhá časť má stále len 1 motor Merlin (vákuová verzia). V súčasnosti je Falcon Heavy najvýkonnejšou prevádzkovanou raketou na svete a 4. najvýkonnejšou raketou na svete. Tento pridaný výkon umožňuje rakete vyniesť 63 800 kg (140 660 libier) na nízku obežnú dráhu Zeme a 26 700 kg (58 860 libier) na geosynchrónnu dráhu.

6. februára 2018 o 20:45 UTC Falcon Heavy prvýkrát odštartoval z Kennedyho vesmírneho strediska na Floride z rampy 39A. Pri tejto misii, "Testovacom lete Falcon Heavy", sa spoločnosť SpaceX rozhodla použiť auto Elona Muska (Tesla Roadster z roku 2008) ako fiktívny náklad. Toto užitočné zaťaženie obsahovalo aj, pod ním, tabuľu súčasných zamestnancov SpaceX, ako aj držiaky na kamery, aby bolo možné prenášať živý prenos z auta na youtube.

Drak

Vesmírna loď Dragon je nákladná kapsula určená na plnenie zariadenia a zásob pre astronautov na ISS. Kapsula sa umiestni na raketu Falcon 9 (pretože Dragon nemá dostatočne veľké rakety, aby mohol letieť do vesmíru samostatne) a vynesie sa na obežnú dráhu. Z obežnej dráhy sa oddelí od nosných rakiet, potom sa kapsula pomocou vlastných menších rakiet dostane na ISS. Potom sa kapsula naplní starým vybavením, výsledkami vedeckých experimentov a odpadom. Potom opäť vstúpi do zemskej atmosféry a na padákoch padá do oceánu. Prvý let lode Dragon sa uskutočnil v júni 2010. Posledný let sa uskutočnil 6. marca 2020, pričom na všetky budúce misie je naplánovaný Dragon 2.

Drak 2

Spoločnosť SpaceX 29. mája 2014 predstavila prototyp lode Dragon V2, ktorá by mohla prepravovať náklad aj astronautov. Ďalšou vlastnosťou tejto vylepšenej verzie Dragonu, ktorá mala chrániť život posádky v prípade zlyhania Falconu 9, bolo vybavenie prúdovými motormi SuperDraco, ktoré by kapsulu odtlačili od rakety. Cargo Dragon, variant V2, nahradí súčasnú verziu Dragonu, ktorá môže niesť len náklad.

Raketové motory

Od svojho vzniku v roku 2002 spoločnosť SpaceX vytvorila tri typy raketových motorov - Merlin a vyradený Kestrel na pohon nosných rakiet a riadiace motory Draco. Spoločnosť SpaceX v súčasnosti pracuje na ďalších dvoch raketových motoroch: SuperDraco a Raptor. Merlin je rodina raketových motorov, ktoré spoločnosť SpaceX vyrába na použitie vo svojich raketách. Motor Merlin bol pôvodne navrhnutý na obnovu a opätovné použitie na mori. Kestrel je raketový motor na báze kvapalného kyslíka/raketového paliva pod tlakom a bol použitý ako hlavný motor druhého stupňa rakety Falcon 1. Oba názvy motorov Merlin a Kestrel pochádzajú od druhov severoamerických sokolov: kestrel a merlin.

Draco sú hypergolické raketové motory na kvapalné palivo, ktoré využívajú palivo monometylhydrazín a okysličovadlo tetraoxid dusíka. Každý motor Draco vytvára ťah 400 newtonov (90 libier). Používajú sa ako trysky systému riadenia reakcie (RCS) na kozmickej lodi Dragon. Motory SuperDraco sú oveľa výkonnejšou verziou prúdových motorov Draco, ktoré sa pôvodne mali používať na pristátie a ako spôsob, ako dostať kapsulu preč v prípade núdze na kozmickej lodi Dragon verzie 2, Dragon 2. Koncept použitia týchto motorov SuperDraco na pristátie bol zrušený v roku 2017, keď sa rozhodlo o tradičnom zostupe na padáku a pristátí v mori.

Raptor je nová rodina motorov na metán, ktoré sa majú používať v budúcich raketách Starship. Testovacie verzie boli skúšobne odpálené koncom roka 2016. Dňa 3. apríla 2019 spoločnosť SpaceX uskutočnila úspešný test, pri ktorom bol motor naštartovaný, ale raketa bola pridržaná v Texase na jej vozidle Starhopper, ktoré zapálilo motor, zatiaľ čo vozidlo zostalo pripevnené k zemi. Dňa 24. júla 2019 spoločnosť SpaceX uskutočnila úspešný skúšobný let svojho skúšobného vozidla Starhopper do výšky 20 metrov. Dňa 28. augusta 2019 prototyp Starhopper spoločnosti SpaceX uskutočnil úspešný skúšobný let do výšky 150 metrov.

Opätovná použiteľnosť

Druhou úlohou spoločnosti SpaceX je opätovné používanie rakiet, podobne ako v prípade lietadiel. Prvýkrát začala testovať opakované použitie s prototypom nazvaným Grasshopper v roku 2012, ako aj riadené mäkké pristátia do vody počas štartov Falcon 9. V roku 2014 bol Grasshopper nahradený raketou F9R, ktorá ako modernizovaná verzia Grasshopperu obsahovala zaťahovací podvozok a 3 motory v porovnaní s jedným motorom Grasshopperu. Falcon 9 pristál v decembri na pozemnej ploche a v nasledujúcom roku nasledovalo pristátie na bezpilotnej lodi. V súčasnosti spoločnosť SpaceX úspešne pristála so 48 nosnými raketami. Opakovane sa používajú aj kapsule Dragon, ako aj faringy. Opätovné používanie častí rakiet výrazne znižuje náklady.

Satelitný internet

V januári 2015 oznámil výkonný riaditeľ spoločnosti SpaceX Elon Musk vývoj novej satelitnej konštelácie na poskytovanie internetových služieb vo svete. V júni 2015 spoločnosť požiadala federálnu vládu o povolenie na začatie testovania projektu, ktorého cieľom je vybudovať sieť 4 425 satelitov schopných prenášať internet na celý svet vrátane odľahlých oblastí, ktoré v súčasnosti nemajú prístup k internetu. Internetová služba by využívala 4 425 vzájomne prepojených komunikačných satelitov na obežných dráhach vo výške 1 100 km. Začala sa vyrábať v roku 2015 a testovacie satelity boli vypustené v rámci misie SpaceX PAZ v roku 2017. Počiatočná prevádzka konštelácie by sa mohla začať už v roku 2020. Spoločnosť SpaceX predložila regulačným orgánom USA plány na umiestnenie konštelácie ďalších 7 518 satelitov na negeosynchrónnych obežných dráhach na poskytovanie komunikačných služieb" v rámci tzv. konštelácie V-band low-Earth-orbit (VLEO), pozostávať by mala zo "7 518 satelitov, ktoré by nasledovali po [predtým] navrhovaných 4 425 satelitoch, ktoré by fungovali v pásme Ka a Ku". Vo februári 2019 spoločnosť SpaceX založila sesterskú spoločnosť SpaceX Services, Inc. , aby získala licenciu na vytvorenie a vypustenie až 1 000 000 pevných satelitných pozemných staníc, ktoré budú komunikovať s jej systémom Starlink. V máji 2019 spoločnosť SpaceX vypustila prvú sériu 60 satelitov na palube rakety Falcon 9 z Mysu Canaveral na Floride.

Starship a SuperHeavy

Spoločnosť SpaceX vytvára superťažkú raketu Starship. Starship je raketa s dvoma časťami, ktoré sa môžu používať opakovane. Plánuje sa, že začiatkom roka 2020 nahradí všetky existujúce rakety spoločnosti.

Spoločnosť SpaceX pôvodne v roku 2016 predstavila koncept medziplanetárneho dopravného systému (ITS) s priemerom 12 metrov, ktorý bol plánovaný len na cesty na Mars a iné medziplanetárne využitie. V roku 2017 spoločnosť SpaceX navrhla menšiu raketu "Big Falcon Rocket" s priemerom 9 metrov, ktorá mala nahradiť všetky možnosti spoločnosti SpaceX v oblasti vypúšťania - na obežnú dráhu Zeme, obežnú dráhu Mesiaca, medziplanetárne misie a potenciálne aj tranzit cez Zem - ale urobiť to na plne opätovne použiteľnej súprave vozidiel s nižšou nákladovou štruktúrou. Veľká časť komponentov na lodi Starship je vyrobená z nehrdzavejúcej ocele 301. Súkromný cestujúci Yusaku Maezawa uzavrel zmluvu na let okolo Mesiaca v lodi Starship v roku 2023.

Muskova dlhodobá vízia spoločnosti spočíva vo vytvorení technológie a prostriedkov vhodných na kolonizáciu Marsu ľuďmi. Vyjadril svoj záujem o to, aby jedného dňa na túto planétu odcestoval, pričom uviedol: "Chcel by som zomrieť na Marse, len nie pri dopade." Raketa približne každé dva roky by po štarte v roku 2024 mohla poskytnúť základňu pre ľudí, ktorí tam dorazia v roku 2025. Podľa Steva Jurvetsona Musk verí, že najneskôr do roku 2035 budú na Mars lietať tisíce rakiet, ktoré budú prepravovať milión ľudí, aby umožnili vznik sebestačnej ľudskej kolónie.

Zmluvy NASA

COTS

V roku 2006 NASA oznámila, že spoločnosť SpaceX získala zmluvu NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS) Phase 1, aby mohla predviesť dodávku nákladu na ISS s možnou opciou na let posádky. Táto zmluva, ktorú NASA navrhla na poskytnutie "počiatočných peňazí" prostredníctvom dohôd Space Act na vývoj nových vesmírnych príležitostí, NASA zaplatila spoločnosti SpaceX 396 miliónov dolárov za prácu na nákladnej konfigurácii kozmickej lode Dragon, zatiaľ čo SpaceX vynaložila viac ako 500 miliónov dolárov na vývoj nosnej rakety Falcon 9. Ukázalo sa, že tieto dohody Space Act Agreements ušetrili NASA milióny dolárov na vývojových nákladoch, vďaka čomu bol vývoj rakiet ~4-10-krát lacnejší, ako keby ich vyrábala NASA sama.

V decembri 2010, pri štarte misie COTS Demo Flight 1, sa SpaceX stala prvou súkromnou spoločnosťou, ktorá úspešne vypustila, vyniesla na obežnú dráhu a vrátila späť vesmírnu loď. Dragon sa úspešne dostal na obežnú dráhu, dvakrát obletel Zem a potom vykonal riadený zážih na pristátie vo vode v Tichom oceáne. Vďaka bezpečnému vyzdvihnutiu lode Dragon sa spoločnosť SpaceX stala prvou súkromnou spoločnosťou, ktorej sa podarilo vypustiť, vyniesť na obežnú dráhu a vyzdvihnúť kozmickú loď; pred touto misiou boli schopné vyzdvihnúť orbitálne kozmické lode len vládne agentúry.

V máji 2012 odštartoval demonštračný let 2 projektu COTS, počas ktorého sa Dragon úspešne spojil s ISS, čo sa po prvýkrát podarilo súkromnej vesmírnej lodi.

Obchodný náklad

Komerčné zásobovacie služby (Commercial Resupply Services - CRS) sú skupinou zmlúv, ktoré NASA uzavrela v rokoch 2008 až 2016 na dodávku nákladu a zásob na ISS na komerčne prevádzkovaných kozmických lodiach. Prvé zmluvy CRS boli podpísané v roku 2008 a poskytli spoločnosti SpaceX 1,6 miliardy USD na 12 misií na vyslanie nákladu, ktoré pokrývali dodávky do roku 2016. SpaceX CRS-1, prvá z 12 plánovaných zásobovacích misií, odštartovala v októbri 2012, dosiahla obežnú dráhu, spojila sa so stanicou a zostala na nej 20 dní, než opäť vstúpila do atmosféry a rozplývala sa v Tichom oceáne. Misie CRS odvtedy lietajú k ISS približne dvakrát ročne. V roku 2015 NASA predĺžila zmluvy z fázy 1 tým, že objednala ďalšie tri zásobovacie lety od spoločnosti SpaceX. Po ďalších predĺženiach koncom roka 2015 má SpaceX v súčasnosti naplánovaných celkovo 20 letov. Druhá skupina zmlúv (známa ako CRS2) bola vyžiadaná a navrhnutá v roku 2014. Boli udelené v januári 2016 na lety na prepravu nákladu, ktoré sa začnú v roku 2019 a majú trvať do roku 2024.

Komerčná posádka

Zámerom programu CCDev (Commercial Crew Development) je vyvinúť komerčne prevádzkované kozmické lode, ktoré budú schopné dopraviť astronautov na ISS. Spoločnosť SpaceX nezískala v prvom kole (CCDev 1) zmluvu Space Act Agreement, ale počas druhého kola (CCDev 2) NASA udelila spoločnosti SpaceX zmluvu v hodnote 75 miliónov USD na ďalší vývoj ich únikového systému, testovanie makety na ubytovanie posádky a na ďalší pokrok v ich projekte Falcon/Dragon na prepravu posádky. Program CCDev sa neskôr premenoval na Commercial Crew Integrated Capability (CCiCap) a v auguste 2012 NASA oznámila, že SpaceX získala 440 miliónov dolárov na ďalší vývoj a testovanie svojej vesmírnej lode Dragon 2.

V septembri 2014 NASA vybrala spoločnosti SpaceX a Boeing ako dve spoločnosti, ktoré budú financované na vývoj systémov na prepravu amerických posádok na ISS a späť. SpaceX získala 2,6 miliardy dolárov na dokončenie a certifikáciu lode Dragon 2 do roku 2017. Kontrakty zahŕňajú aspoň jeden letový test s posádkou s minimálne jedným astronautom NASA na palube. Keď Crew Dragon získa certifikáciu NASA, zmluva vyžaduje, aby SpaceX uskutočnila najmenej dve a až šesť misií s posádkou na vesmírnu stanicu. Začiatkom roka 2017 získala spoločnosť SpaceX od NASA štyri ďalšie misie s posádkou na ISS, aby prepravila astronautov tam a späť. Začiatkom roka 2019 spoločnosť SpaceX úspešne uskutočnila skúšobný let lode Crew Dragon, s ktorou zakotvila (namiesto spôsobu zakotvenia Dragonu 1 pomocou ramennej súpravy Canadarm 2) a potom sa rozplávala v Atlantickom oceáne.

V januári 2020 spoločnosť SpaceX vykonala test prerušenia letu, ktorý preukázal schopnosť dostať sa od rakety v prípade problému. Po tomto teste Elon Musk uviedol, že let s astronautmi na palube by sa mohol uskutočniť možno od začiatku apríla do konca júna. Aktuálny pracovný termín pre Demo-2 je 7. máj 2020.