Super Heavy (SpaceX)

Super Heavy (též SpaceX Starship Super Heavy) je první stupeň (nosná raketa, též booster) těžkého nosného raketového systému firmy SpaceX Starship. Druhý stupeň představuje vlastní kosmickou loď Starship, se kterou tvoří první stupeň celek. Tento první stupeň, Super Heavy, poprvé letěl 20. dubna 2023 během prvního pokusu o orbitální start rakety Starship. 13. října 2024 prošel letovými testy pátý komplex Starship (S30) s prvním stupněm Super Heavy (B12). Tento Super Heavy poprvé v historii dokázal přistát zpět na startovací rampě, za pomoci speciální konstrukce Mechazilla.

Výroba

Výrobní proces začíná válci z nerezové oceli, které jsou rozvinuty, nařezány a svařeny podél okraje, tím vzniká dutý válec o průměru 9 m (30 stop), výšce 1,83 m (6,00 stop) a tloušťce 3,97 mm (0,156 palce) s hmotností přibližně 1600 kg (3600 liber). Tyto duté válce jsou naskládány a svařeny podél jejich okrajů, aby vytvořily vnější vrstvu rakety. Později jsou přidány kopule - obvykle na začátku montážního procesu před zahájením finální montáže nádrží paliva.

Před finální montáží lodi jsou k mezistupni přidána mřížková kormidla a po naskládání sekcí také stabilizátory (aerodynamické plochy). Po kryogenním tlakovém testování jsou instalovány motory, následně ventilační mezistupeň (pro připojení k vlastní Starship).

Návrh

Super Heavy je 71 m (233 ft) vysoký, 9 m (30 ft) široký, a skládá se ze čtyř základních částí: motorů, metanové nádrže, kyslíkové nádrže a mezistupně.

Elon Musk v roce 2021 uvedl, že konečná konstrukce bude mít suchou hmotnost mezi 160 t (350 000 lb) a 200 t (440 000 lb), přičemž nádrže budou vážit 80 t (180 000 lb) a mezistupeň 20 t (44 000 lb).

Nádrže

Nádrže pohonných látek na raketě Super Heavy jsou odděleny společnou přepážkou, podobně jako na stupních S-II a S-IVB rakety Saturn V.

Kyslíková nádrž má připojeny čtyři podběhy, které chrání COPV (z angl. composite overwrapped pressure vessel, obalovaná kompozitní tlaková nádoba) a nádrže CO₂ pro potlačení požáru a také zajišťují vztlak při sestupu. Nádrž LOX (nádrž s kapalným kyslíkem) obsahuje také hlavici nádrže, která se používá pro přistávací zážeh. Centrální přečerpávací potrubí přes kyslíkovou nádrž přivádí metan do rozdělovacího potrubí těsně nad motory.

Nádrže urychlovacího modulu pojmou 3 400 t pohonných hmot, které se skládají z 2 700 t kapalného kyslíku a 700 t kapalného metanu.

Motory

Nosná raketa Starship Super Heavy má 33 motorů Raptor, které jsou uspořádány do tří soustředných prstenců, přičemž vnější prstenec 20-ti motorů postrádá kardanové závěsy (pro řízení vektoru či směru tahu, které jsou přítomny u zbylých 13-ti motorů) a palubní spouštěcí zařízení kvůli úspoře hmotnosti. Tyto motory se spouštějí pomocí pozemního podpůrného zařízení na startovací rampě a při dalších zážezích se již nezapalují. Raptor využívá plnoprůtokový systém stupňovitého spalování, který má jak kyslíkové, tak metanové turbočerpadlo.

Před rokem 2014 pouze dvě konstrukce raketových motorů s plnoprůtokovým stupňovitým spalováním pokročily natolik, že mohly být podrobeny testům na zkušebních stanovištích: sovětský projekt RD-270 v 60. letech 20. století a Aerojet Rocketdyne Integrated Powerhead Demonstrator v polovině roku 2000.

Při plném výkonu produkují všechny motory od roku 2022 společný tah 74,4 MN (16 700 000 lbf) (více než dvojnásobek tahu prvního stupně Saturnu V), nicméně Raptor 3 může zvýšit tah na 90 MN (20 000 000 lbf) při hladině moře. Boostery postrádají motorový tepelný štít a bez motorů jsou boostery kratší asi o 3 metry.

33 jednotlivých blízko sebe umístěných plášťů vzájemně působí a vytváří ve výfuku velké šokové diamanty.

Mezistupeň

Mezistupeň se skládá z (hlavního) mezistupně a odvětrávaného mezistupně.

Mezistupeň je vybaven čtyřmi elektricky ovládanými mřížkovými kormidly, z nichž každé má hmotnost 3 t.

Sousední dvojice mřížkových kormidel jsou od sebe vzdáleny pouze šedesát stupňů, místo aby byly kolmé (jako u Falconu 9), což zajišťuje větší sílu v ose náklonu. Na rozdíl od Falconu 9 zůstávají mřížková kormidla během výstupu vysunutá. Během letu bez pohonu ve vesmírném vakuu zajišťují řídicí orientaci studené plynové trysky napájené zbytkovým motorovým plynem.

Mezistupeň má také vyčnívající záchytné body, umístěné mezi mřížovými žebry, které umožňují zvednutí nebo zachycení nosné rakety o startovací věž.

Animace připojení rakety Super Heavy ke startovací věži pomocí mechanických ramen.

Po prvním zkušebním letu Starshipu mají všechny boostery dodatečný 1,8 m vysoký odvětrávaný mezistupeň, který umožňuje horké oddělení - tzv. hot staging. Během hot staging Super Heavy vypíná všechny motory kromě tří, zatímco druhý stupeň, vlastní Starship, před oddělením zapaluje své motory, čímž se druhý stupeň „odstrkuje“ od prvního stupně a získává tak dodatečný tah. Odvětrávaný mezistupeň obsahuje kopuli, která chrání horní část Super Heavy před působením motorů druhého stupně. Elon Musk prohlásil, že tato změna by mohla vést k 10% zvýšení užitečného zatížení na nízkou oběžnou dráhu Země.

Po IFT-3 společnost SpaceX v zájmu úspory hmotnosti po zážehu boostbacku odhodila odvětrávaný mezistupeň, od letu v červnu 2024 společnost SpaceX neplánuje po debutu nosné rakety V2 odhazovat tento odvětrávaný mezistupeň.

Profil plánované mise

Přibližně 42 minut před letem začíná nakládka pohonných látek do nosné rakety.

V čase T-19:40 začíná chlazení motoru nosné rakety, které má ochránit turbočerpadla motoru před tepelným šokem. Tři sekundy před startem začíná startovací sekvence třiatřiceti motorů.

Po startu hoří motory 162 sekund, v tu chvíli se třicet motorů vypne a zůstanou pouze tři prostřední motory pracující na 50 % tahu. Vlastní loď zažehne své motory ještě připojená k nosné raketě a oddělí se, zatímco nosná raketa rotuje pro zpětný zážeh. Při boost-back zážehu je použito všech 13 centrálních motorů a trvá 54 s. Přibližně sedm minut po startu se 13 motorů znovu zažehne, než opět klesne na nejvnitřnější tři, a booster je zachycen „paličkami“ na startovací věži.

Historie

První let Super Heavy (B12) se zachycením Mechazillou

První let Super Heavy pořadového čísla B12 s přistáním, proběhl 13. října 2024 a Super Heavy při něm pomohla umístit Starship pořadového čísla S30 na nízkou oběžnou dráhu okolo Země, a poprvé přistát za pomoci Mechazilly na základně. Podařilo se tak novým způsobem zachránit nosič Super Heavy a ještě získat neocenitelné zkušenosti.

Podrobnější informace naleznete v článku Starship Integrated Flight Test 5.

Druhý let Super Heavy (B13)

Druhý let Super Heavy se konal 19. listopadu 2024 ve 23:00 SEČ a booster Super Heavy (B13) při něm pomohl umístit Starship (S31) na nízkou, suborbitální dráhu okolo Země, a samotný Super Heavy pak měl podruhé přistát za pomoci Mechazilly, čímž by se celý nosič Super Heavy opět zachránil. Z informací o letu víme, že let lodi Starship skončil úspěchem, ale booster Super Heavy byl kvůli problému startovací věže odkloněn k přistání v moři.

Podrobnější informace naleznete v článku Starship Integrated Flight Test 6.

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku SpaceX Super Heavy na anglické Wikipedii.

Související články

• Starship (SpaceX)
• Starship Integrated Flight Test 5
• Starship Integrated Flight Test 6
• Falcon 9
• Falcon Heavy
• SpaceX
• Elon Musk

Externí odkazy

• (anglicky) Starship launch and Super Heavy landing, 13 October 2024 - První let Super Heavy (B12) a její zachycení Mechanzillou
• (anglicky) SpaceX-BFR - Starship a Super Heavy
• (anglicky) Starship (Super Heavy Starship) - space.skyrocket.de