Vesmír pro všechny: Stojíme na počátku velké vesmírné revoluce

Jsou důležité okamžiky, které širší veřejnost mine téměř bez povšimnutí. Patří mezi ně i některé milníky kosmonautiky, konkrétně rozvoj komerčních letů na oběžnou dráhu. Konkureční prostředí a s ním spojená snaha o snižování nákladů zatím pomalu, o to ale zásadněji proměňují létání do vesmíru. Donedávna se totiž nešlo na oběžnou dráhu dostat jinak než s pomocí vládních agentur jako NASA, ESA nebo Roskosmos. 

Než se v září 2008 kalifornské společnosti SpaceX jako první soukromé firmě povedlo vypustit na oběžnou dráhu raketu na tekuté palivo. Tato firma také jako první dostala do vesmíru vesmírnou loď, plavidlo Dragon v roce 2010, které dnes vozí zásoby na Mezinárodní vesmírnou stanici (ISS). SpaceX čím dál úžeji spolupracuje s NASA, která s firmou dokonce počítá pro robotickou misi k Marsu v roce 2018, která by mohla být předehrou letu lodě s posádkou k rudé planetě. 

O čem sní kluci 

SpaceX v roce 2002 založil Elon Musk, vynálezce a snílek, který zbohatnul jako majitel online platební služby PayPal, úspěšně rozjel výrobu elektomobilů Tesla a na titulní stránky se dostal i se svým projektem Hyperloop, vysokorychlostním transportem pasažérů či nákladu v kapslích podtlakovými trubkami. Dosavadní příběh SpaceX se může jevit jako vršení úspěchů, na přelomu tisíciletí ovšem šlo o vysoce rizikový krok mladého podnikatele, který svůj život zasvětil úsilí o osídlení Marsu.  

Pro začátek se soustředil na vylepšení technologii nosných raket. Muskova první raketa, jednadvacet metrů vysoká Falcon 1 pojmenovaná podle lodi Millenium Falcon z Hvězdných válek, se do vesmíru sice dostala až na čtvrtý pokus, už následující start ovšem byl komerčním letem s malajským satelitem na palubě. S ním také první Muskův nosič odešel do výslužby a byl nahrazen Falconem 9, pětapadesátimetrovou raketou, která na nízkou oběžnou dráhu vynese téměř deset a půl tuny nákladu. Její nejnovější verze s přídomkem Full Thrust tamtéž dostane 22,8 tun nákladu a na geostacionární orbit 8,3 tuny. V této vzdálenosti od Země přitom operují družice, které zajišťují televizní vysílání a další telekomunikační služby.

TIP: Rakety, co změnily svět: Falcon, první soukromý vesmírný nosič

Létání do vesmíru je totiž také o penězích. Významného snížení nákladů na vypuštění čehokoliv lze dosáhnout vícenásobným použitím komponentů nosné rakety, řekli si tedy ve SpaceX. Padáky se ukázaly být slepou uličkou, nešlo je zcela ochránit před vysokými teplotami při návratu. Řízený sestup rakety vracející se z obězné dráhy pomocí k tomu určených motorů se poprvé povedl inženýrům SpaceX, i když až napotřetí. Po dvou tvrdých přistání v ohnivé kouli se náročná operace loni 21. prosince povedla v Kennedyho vesmírném středisku a letos v dubnu také na plošině v oceánu. 

S vícenásobným použitím nosičů mimochodem počítá také Blue Origin, projekt zakladatele dodávkové služby Amazon a majitele deníku Washington Post Jeffa Bezose. Narozdíl od SpaceX se jeho v roce 2000 založená firma veřejnosti spíše stranila, než loni v listopadu oznámila úspěšné dosažení stokilometrové hranice vesmíru se svojí raketou New Shepard. Výše alespoň prozatím létat nebude; na prahu vesmíru se od ní odpojí a v letu bude pokračovat kapsle s nákladem či až šesti pasažéry. Bezosovým lidem se už třikrát podařilo hladce přistát za použitím zpomalovacích trysek podobně jako to umí Falcon.  

Jízda na paprsku

Od června 2010 vystartovaly nosiče řady Falcon již pětadvacetkrát. A to nejčastěji s nákladem soukromých společností, které si spolupráci s Muskovou partou pochvalují stejně jako NASA. Družice SES-8 z flotily lucemburského satelitního operátora SES Astra byla v prosinci 2013 prvním geostacionárním satelitem vypuštěným na nosiči soukromého výrobce. Na raketě Falcon 9 kalifornské SpaceX byla letos v březnu vypuštěna i družice SES-9 a další čtyři starty už jsou naplánovány. Od základů se ovšem nemění jen technologie vypouštění satelitů, ale i ony samy. 

Geostacionární telekomunikační družice zdánlivě visí nad určitým bodem nad zemí, ve skutečnosti však letí stejnou úhlovou rychlost jako Země přibližně ve výšce 35 800 km nad rovníkem. To se samozřejmě neobejde bez občasných korekcí kurzu, po vypršení doby typicky patnáctileté životnosti musí být satelit navíc být odstaven na takzvaný hřbitovní orbit za geostacionární dráhou. Pro zvládnutí těchto manévrů jsou tedy telekomunikační družice vybaveny několika reaktivními motory zpravidla na kapalné palivo. 

V posledních několika letech jsou však i do komerčních družic instalovány iontové či plazmové motory, které pracují na principu postupného urychlování paprsku nabitých částic. Typem iontového pohonu zvaného Hallův motor budou vybaveny také satelity SES-12, SES-14 a SES-15, které mají být vypuštěny v roce 2017. V jejich útrobách probíhá ionizace xenonu v plynném stavu, tedy kladné nabití jeho atomů. Vzniklé plasma je poté urychleno v magnetickém poli a rychlostí až 50 km/s opouští trysky motoru.

TIP: Jak funguje iontový motor? Proč se využívá pro velké vzdálenosti?

Namísto palivových nádrží si takový motor vystačí s malou zásobou plynu, přičemž elektřinu k jeho ionizaci si satelit vyrobí sám svými solárními panely. Rychlost nabírá takto poháněný stroj postupně a pomalu – žádným z elektrických motorů nelze vystřelit raketu ze zemského povrchu, na to mají příliš slabý tah. Není ovšem problém, s tímto ohledem naplánovat poslední fázi startu, kdy se po odpojení od orbitálního stupně rakety družice sama přesouvá na svoji definitivní oběžnou dráhu. I tato starost jí ale bude odebrána – již se vyvíjí kosmické obdoby remorkérů, elektricky poháněné sondy zajišťující přepravu družic z nižších orbitů na geostacionární. 

Satelit jako služba

Pro srovnání: se stejnými přístroji na palubě, ale vybavená motory na tekuté palivo a nádržemi, by SES-12 vážila deset namísto pěti tun. Větší raketu jako je Ariane 5 by musela mít celou pro sebe, s poloviční váhou lze však jedním startem vyslat hned dva stroje. Srovnatelné satelity mívají tvar krychle o délce stran mezi půl druhého a dvěma metry. Iontový pohon si ale vystačí s desetinou místa, které zabere chemický motor a palivové nádrže. Menší váha a místo pro více transponderů znamenají nižší náklady a v důsledku dostupnější přenos pro zákazníky satelitních operátorů jako je SES. 

A v neposlední řadě mohou elektrické motory prodloužit operační dobu družic na oběžné dráze, která není limitována jen životností komponentů stroje, ale také množstvím paliva, kterého konvenčně poháněná družice pobere jen omezené množství. Moci ze satelitu vysílat dvacet namísto patnácti let znamená další úsporu v nákladech. Do konce dekády proto bude prý až polovina všech telekomunikačních geostacionárních družic poháněná nějakým druhem elektrického pohonu.

Změnou přístupu ovšem prochází také samotný vývoj a výroba telekomunikačních satelitů, dříve trvající tři, v některých případech ale i pět let. Což může být ve stále rychleji se měnícím světě technologií a trhů věčnost. Proto se družice čím dál více sestavují z modulů na jednotné platformě podobně, jako výrobci aut z jedné palety motorů a podvozků kombinují stále nové modely. To šetří nejen čas, ale opět také náklady na výrobu stroje. 

Vývoj telekomunikačních přístrojů také umožňuje větší flexibilitu samotného vysílání. Není nutné alokovat i účtovat pevně danou kapacitu jednomu zákazníkovi, když ji často ani zcela nevyužije. Počítač na palubě družice si sám spočítá, kolik, čeho a kam má respektive musí přenést, a průběžně upravuje svoje vysílání tak, aby se do technicky dané kapacity vešlo co nejvíce dat. Moderní telekomunikační družice jsou navíc stále univerzálnější – stroj, který přenáší televizní signál, může jinou částí svého vybavení vysílat třeba satelitní internet. 

Můžeme tedy očekávat velké změny ve způsobu, jakým se satelitní telekomunikační byznys provozuje. Vysílání přes oběžnou dráhu zásadně zlevní a bude dostupné i krátkodobě a nebyrokraticky na vyžádání, v různých balíčcích jako dnes řadový konzument užívá různé online služby. Zvyšující se poptávka spolu s technologickým vývojem budou snižovat i ceny za vypuštění čehokoliv raketou, což doufejme zlevní a nastartuje i kosmický výzkum. Spolu s Elonem Muskem se tak snad opravdu dožijeme okamžiku, kdy se do marsovského písku zaboří lidská noha.