Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 29 – vyšlo 17. července, ročník 18 (2020) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

29/2020

Postavme si raketu

Vilém Boušek

Raketové technice se v bulletinech věnujeme často. V bulletinech AB 3/2020, 5/2020 a 6/2020 jsme se podrobně zabývali raketovými motory, v bulletinech AB 17/2020 a 18/2020 minulými, současnými i budoucími raketami Čínské lidové republiky. Dnes si povíme něco o tom, jak komplikované je takovou raketu vyrobit.

V současné době, na začátku dvacátých let 21. století, se opět starty raket a lety do vesmíru přesouvají do popředí veřejného zájmu. Můžeme jen spekulovat, nakolik je to díky novým objevům či různým sociálním sítím. Nemůžeme však popřít, že raketový průmysl se probouzí po celém světě. O vývoji nových čínských raket jsme se již zmínili v AB 18/2020, ale vývoj nových raket se neomezuje jen na Čínskou lidovou republiku, ba naopak. Japonsko vyvíjí nový raketový nosič s názvem H3, Rusko vyvíjí svou novou raketu Angara, v Evropě probíhá vývoj raket Vega C a Ariane 6. Oblastí samou pro sebe jsou USA, kde probíhá překotný vývoj nové generace raketových nosičů všech kategorií:

Společnost BoeingBoeing – společnost, jejíž kořeny sahají do roku 1916, kdy byla založena americkým průkopníkem letectví Williamem Edwardem Boeingem a fregatním kapitánem Georgem Conradem Westerveltem. Pod názvem Boeing funguje od roku 1917. Dnes jde o jednoho ze dvou největších výrobců letadel na světě. Podstatnou část obratu společnosti zajišťuje vývoj a prodej zbraňových systémů, Boeing je třetí největší dodavatel zbraní na světě. Společnost je orientována nejen na letectví, ale i na kosmonautiku. Boeing se podílí na vývoji celé řady družic a nosných raket. Za zmínku stojí například největší budovaná raketa SLS, komerčně prodávaná družice 702X či právě vyvíjená dopravní loď Starliner, která bude zajišťovat lety k Mezinárodní vesmírné stanici. vyvíjí raketu SLSSLS – Space Launch System. Raketa vesmírné agentury NASA, která by měla do kosmického prostoru vynášet materiál i kosmonauty. První verze by měla mít nosnost 70 tun, později 105 tun a nakonec 130 tun. Počítá se s ní při dopravě astronautů k Měsíci. První testovací start bez posádky se uskutečnil v listopadu 2022., která by měla dopravit člověka zpět na Měsíc již roku 2024. ULAULA – United Launch Alliance, společný podnik společností Boeing a Lockheed Martin. Jeho historie se začala psát dne 1. prosince 2006, kdy byl oficiálně založen. V současné době provozuje rakety Atlas V a Delta IV Heavy. V minulosti provozovala rakety Delta IV Medium (vyřazeny 22. srpna 2019) a Delta II (vyřazeny 15. září 2018). Od září 2014 je výkonným ředitelem této společnosti (CEO) Tory Bruno. Společnost sídlí ve městě Centennial, ve státě Colorado. V současné době vyvíjí novou raketu Vulcan. – společný podnik společností Boeing a Lockheed Martin, který zastřešuje výrobu a požívání raket rodin Delta a Atlas, vyvíjí novou raketu Vulcan-Centaur, která by měla výhledově obě jmenované rodiny raket nahradit. Northrop GrummanNorthrop Grumman – nadnárodní společnost se sídlem v americkém Los Angeles, jejímž hlavním cílem je prodej zbraňových systémů, námořních plavidel a letecké a raketové techniky. Společnost byla založena v roce 1939 americkým leteckým návrhářem Jackem Northropem. Společnost vyvinula lunární modul, který v roce 1969 přistál na Měsíci, podílela se na výrobě vesmírného dalekohledu Jamese Webba, provozuje rakety Antares a vyvíjí novou nosnou raketu OmegA., provozovatel raket Antares, vyvíjí novou raketu OmegA.

Živo je i v soukromém sektoru. SpaceXSpaceX – Space Exploration Technologies Corporation, soukromá technologická společnost působící v aerokosmickém průmyslu. Byla založena Elonem Muskem v roce 2002, z peněz za prodej jeho podílu v systému PayPal. V současné době provozuje rakety Falcon 9 a Falcon Heavy. Raketa Falcon 9 se v dubnu 2020 stala raketou s nejvyšším počtem startů v aktivní službě (84 startů). Na tomto postu vystřídala raketu Atlas V (83 startů). SpaceX také provozovala kosmickou loď Dragon, která v rámci první fáze programu CRS (Commercial Resupply Services (CRS) dovážela zásoby k ISS. Celkem došlo k 20 misím, ze kterých 19 bylo úspěšných. Vylepšená verze této lodi Dragon 2 bude dopravovat nejen zásoby (druhá fáze programu CRS), ale i astronauty na ISS v rámci programu Commercial Crew Program. K prvnímu letu s lidskou posádkou by mělo dojít 27. května 2020. V rámci programu Artemis, bude zásobovací loď Dragon XL dopravovat zásoby k lunární stanici Gateway. V současné době SpaceX pracuje na svém ambiciózním projektu s názvem Starship, který, pokud bude úspěšný, se stane prvním zcela znovu použitelným raketovým nosičem, jehož upravený první stupeň (také pojmenovaný Starship) v rámci programu Human Landing System bude pravděpodobným přistávacím modulem pro program Artemis. miliardáře Elona Muska nejspíše nemusím nikomu představovat, v současné době tato společnost pracuje na velmi ambiciózním projektu rakety Starship. Další ze soukromých společností vyvíjející raketové nosiče je Blue OriginBlue Origin – Blue Origin Federation, LLC, soukromá společnost působící v aerokosmickém průmyslu. Sídlí ve městě Kent ve státě Washington. Byla založena 8. září 2000 Jeffem Bezosem. V současné době je výkonným ředitelem této společnosti (CEO) Bob Smith. V současné době společnost provozuje suborbitální raketu New Sheppard, dále vyvíjí raketu New Glenn a v rámci programu Human Landing System vyvíjí (ve spolupráci s dalšími firmami Draper, Lockheed Martin a Northrop Grumman) možný budoucí přistávací modul pro program Artemis. miliardáře Jeffa Bezose s jejich připravovanou raketou New Glenn. Ani to není vše, ve hře jsou i společnosti Virgin Orbit a Virgin Galactic miliardáře Richarda Brandsona.

Nově vyvíjená raketa Vulcan aliance ULA. Zdroj: United Launch Alliance.

Boeing – společnost, jejíž kořeny sahají do roku 1916, kdy byla založena americkým průkopníkem letectví Williamem Edwardem Boeingem a fregatním kapitánem Georgem Conradem Westerveltem. Pod názvem Boeing funguje od roku 1917. Dnes jde o jednoho ze dvou největších výrobců letadel na světě. Podstatnou část obratu společnosti zajišťuje vývoj a prodej zbraňových systémů, Boeing je třetí největší dodavatel zbraní na světě. Společnost je orientována nejen na letectví, ale i na kosmonautiku. Boeing se podílí na vývoji celé řady družic a nosných raket. Za zmínku stojí například největší budovaná raketa SLS, komerčně prodávaná družice 702X či právě vyvíjená dopravní loď Starliner, která bude zajišťovat lety k Mezinárodní vesmírné stanici. ULA – United Launch Alliance, společný podnik společností Boeing a Lockheed Martin. Jeho historie se začala psát dne 1. prosince 2006, kdy byl oficiálně založen. V současné době provozuje rakety Atlas V a Delta IV Heavy. V minulosti provozovala rakety Delta IV Medium (vyřazeny 22. srpna 2019) a Delta II (vyřazeny 15. září 2018). Od září 2014 je výkonným ředitelem této společnosti (CEO) Tory Bruno. Společnost sídlí ve městě Centennial, ve státě Colorado. V současné době vyvíjí novou raketu Vulcan. Northrop Grumman – nadnárodní společnost se sídlem v americkém Los Angeles, jejímž hlavním cílem je prodej zbraňových systémů, námořních plavidel a letecké a raketové techniky. Společnost byla založena v roce 1939 americkým leteckým návrhářem Jackem Northropem. Společnost vyvinula lunární modul, který v roce 1969 přistál na Měsíci, podílela se na výrobě vesmírného dalekohledu Jamese Webba, provozuje rakety Antares a vyvíjí novou nosnou raketu OmegA. SpaceX – Space Exploration Technologies Corporation, soukromá technologická společnost působící v aerokosmickém průmyslu. Byla založena Elonem Muskem v roce 2002, z peněz za prodej jeho podílu v systému PayPal. V současné době provozuje rakety Falcon 9 a Falcon Heavy. Raketa Falcon 9 se v dubnu 2020 stala raketou s nejvyšším počtem startů v aktivní službě (84 startů). Na tomto postu vystřídala raketu Atlas V (83 startů). SpaceX také provozovala kosmickou loď Dragon, která v rámci první fáze programu CRS (Commercial Resupply Services (CRS) dovážela zásoby k ISS. Celkem došlo k 20 misím, ze kterých 19 bylo úspěšných. Vylepšená verze této lodi Dragon 2 bude dopravovat nejen zásoby (druhá fáze programu CRS), ale i astronauty na ISS v rámci programu Commercial Crew Program. K prvnímu letu s lidskou posádkou by mělo dojít 27. května 2020. V rámci programu Artemis, bude zásobovací loď Dragon XL dopravovat zásoby k lunární stanici Gateway. V současné době SpaceX pracuje na svém ambiciózním projektu s názvem Starship, který, pokud bude úspěšný, se stane prvním zcela znovu použitelným raketovým nosičem, jehož upravený první stupeň (také pojmenovaný Starship) v rámci programu Human Landing System bude pravděpodobným přistávacím modulem pro program Artemis. Blue Origin – Blue Origin Federation, LLC, soukromá společnost působící v aerokosmickém průmyslu. Sídlí ve městě Kent ve státě Washington. Byla založena 8. září 2000 Jeffem Bezosem. V současné době je výkonným ředitelem této společnosti (CEO) Bob Smith. V současné době společnost provozuje suborbitální raketu New Sheppard, dále vyvíjí raketu New Glenn a v rámci programu Human Landing System vyvíjí (ve spolupráci s dalšími firmami Draper, Lockheed Martin a Northrop Grumman) možný budoucí přistávací modul pro program Artemis.

ULA

United Launch Aliance, zkráceně ULA, je společný podnik společností Boeing a Lockheed Martin. Jeho historie se začala psát dne 1. prosince 2006, kdy byl oficiálně založen. V současné době provozuje rakety Atlas VAtlas V – nosná raketa NASA vyvíjena společností Boeing, od roku 2006 vyráběná společností United Launch Alliance. Celková výška Atlasu s druhým stupněm Centaur III je 60 m. Vzletová hmotnost je 333 000 kg. Připojením až pěti pomocných raketových motorů na tuhé palivo GEM 63 hmotnost vzroste až na 590 000 kg. První stupeň rakety Atlas V je poháněn jedním motorem RD-180 s tahem 3,8 MN a druhý stupeň – Centaur III je poháněn jedním motorem RL10C-1 o tahu 102 kN nebo dvěma motory RL10A-4-2 o celkovém tahu 198 kN. a Delta IV HeavyDelta IV Heavy – americká nosná raketa pro velké náklady. Vyvíjena byla společností McDonnell Douglas, později United Launch Alliance. Verze Heavy rakety Delta IV vznikla sdružením tří prvních stupňů raket Delta IV, označovaných jako CBS (Common Booster Stage), každý poháněný jedním motorem RS-68A s celkovým tahem 9,4 MN. Druhý stupeň označovaný jako DCSS (Delta Cryogenic Second Stage) pohání jeden raketový motor RL-10-B-2 s tahem 110 kN. Její rozměry jsou následující: výška 72 metrů, průměr 5 metrů (jeden CBS má průměr 5 metrů) a hmotnost 733 tun. Raketa je schopná vynést na nízkou oběžnou dráhu 28 tun nákladu a na geostacionární dráhu 14 tun nákladu. V roce 2014 vynesla kabinu Orion (test pro budoucí lety k Měsíci) a v roce 2018 sluneční sondu Parker Solar Probe.. V minulosti provozovala rakety Delta IV Medium (vyřazeny 22. srpna 2019) a Delta II (vyřazeny 15. září 2018). Od září 2014 je výkonným ředitelem společnosti Tory Bruno. Tato společnost sídlí v coloradském městě Centennial. V současné době vyvíjí novou raketu Vulcan, na kterou se podíváme blíže. Prvním let by se měl uskutečnit roku 2021, při tomto letu raketa Vulcan vynese měsíční přistávací modul Peregrine 1 společnosti Astrobotic Technology, který bude v rámci programu Commercial Lunar Payload Services (CLPS) dopravovat na měsíční povrch náklady o hmotnosti do 35 kilogramů. Při svých dalších letech by měla raketa sloužit jako nosič pro nepilotovaný raketoplán Dream Chaser (DCCS, Dream Chaser Cargo System) společnosti Sierra Nevada Corporation (SNC), který bude dopravovat zásoby na Mezinárodní kosmickou staniciISS – International Space Station, mezinárodní vesmírná stanice. Od roku 1993 je společným projektem americké NASA, Ruska, Kanady, evropských států sdružených v kosmické agentuře ESA a Japonska. První modul byl vynesen v roce 1998, první posádka na stanici byla v roce 2000. V roce 2008 byl k ISS připojen evropský výzkumný modul Columbus. V roce 2011 byl instalován víceúčelový americký modul Leonardo a v roce 2021 zatím poslední ruský modul Nauka. V roce 2011 letěl k ISS poslední raketoplán. Od té doby zajišťují styk se stanicí lety ruských lodí Sojuz, v poslední době se přidaly lodi Crew Dragon soukromé společnosti SpaceX. Na ISS operuje stálá posádka. v rámci programu Commercial Resupply Services Phase 2.

Lunární modul Peregrine (česky sokol) a raketoplán Dream Chaser společnosti
Sierra Nevada Corporation. Zdroj: Astrobotic/SNC.

Vulcan-Centaur

První zmínky o nové raketě se začaly objevovat na počátku roku 2014, oficiálně byla raketa Vulcan představena 13. dubna 2015. Hlavními důvody pro vývoj a stavbu nového typu rakety byly: snaha o vyřešení některých problémů raket Atlas VAtlas V – nosná raketa NASA vyvíjena společností Boeing, od roku 2006 vyráběná společností United Launch Alliance. Celková výška Atlasu s druhým stupněm Centaur III je 60 m. Vzletová hmotnost je 333 000 kg. Připojením až pěti pomocných raketových motorů na tuhé palivo GEM 63 hmotnost vzroste až na 590 000 kg. První stupeň rakety Atlas V je poháněn jedním motorem RD-180 s tahem 3,8 MN a druhý stupeň – Centaur III je poháněn jedním motorem RL10C-1 o tahu 102 kN nebo dvěma motory RL10A-4-2 o celkovém tahu 198 kN. a Delta IVDelta IV Heavy – americká nosná raketa pro velké náklady. Vyvíjena byla společností McDonnell Douglas, později United Launch Alliance. Verze Heavy rakety Delta IV vznikla sdružením tří prvních stupňů raket Delta IV, označovaných jako CBS (Common Booster Stage), každý poháněný jedním motorem RS-68A s celkovým tahem 9,4 MN. Druhý stupeň označovaný jako DCSS (Delta Cryogenic Second Stage) pohání jeden raketový motor RL-10-B-2 s tahem 110 kN. Její rozměry jsou následující: výška 72 metrů, průměr 5 metrů (jeden CBS má průměr 5 metrů) a hmotnost 733 tun. Raketa je schopná vynést na nízkou oběžnou dráhu 28 tun nákladu a na geostacionární dráhu 14 tun nákladu. V roce 2014 vynesla kabinu Orion (test pro budoucí lety k Měsíci) a v roce 2018 sluneční sondu Parker Solar Probe., vysoká cena stávajících raket a závislost kriticky důležitých součástí (například motory RD-180 u Atlasu V) na zahraničním dodavateli. Dalšími důvody byla snaha o zkrácení doby výroby, dle vyjádření ředitele ULA Toryho Bruna by stavba rakety Vulcan měla trvat méně než 10 měsíců oproti 14 měsícům potřebným pro výrobu rakety Atlas V, a snaha o zvýšení konkurenceschopnosti v době, kdy dochází ke vstupu soukromých společností na pole raketového průmyslu. Od 21. srpna 2002 do května 2020 došlo celkem k 137 startům raket Atlas V a Delta IV, z toho 84 startů Atlasu V a 40 startů Delty IV. Společnost SpaceXSpaceX – Space Exploration Technologies Corporation, soukromá technologická společnost působící v aerokosmickém průmyslu. Byla založena Elonem Muskem v roce 2002, z peněz za prodej jeho podílu v systému PayPal. V současné době provozuje rakety Falcon 9 a Falcon Heavy. Raketa Falcon 9 se v dubnu 2020 stala raketou s nejvyšším počtem startů v aktivní službě (84 startů). Na tomto postu vystřídala raketu Atlas V (83 startů). SpaceX také provozovala kosmickou loď Dragon, která v rámci první fáze programu CRS (Commercial Resupply Services (CRS) dovážela zásoby k ISS. Celkem došlo k 20 misím, ze kterých 19 bylo úspěšných. Vylepšená verze této lodi Dragon 2 bude dopravovat nejen zásoby (druhá fáze programu CRS), ale i astronauty na ISS v rámci programu Commercial Crew Program. K prvnímu letu s lidskou posádkou by mělo dojít 27. května 2020. V rámci programu Artemis, bude zásobovací loď Dragon XL dopravovat zásoby k lunární stanici Gateway. V současné době SpaceX pracuje na svém ambiciózním projektu s názvem Starship, který, pokud bude úspěšný, se stane prvním zcela znovu použitelným raketovým nosičem, jehož upravený první stupeň (také pojmenovaný Starship) v rámci programu Human Landing System bude pravděpodobným přistávacím modulem pro program Artemis. provedla v období od 4. června 2010 do června 2020 celkem 87 startů své rakety Falcon 9.

Samotná výroba rakety Vulcan probíhá v továrně United Launch AllianceULA – United Launch Alliance, společný podnik společností Boeing a Lockheed Martin. Jeho historie se začala psát dne 1. prosince 2006, kdy byl oficiálně založen. V současné době provozuje rakety Atlas V a Delta IV Heavy. V minulosti provozovala rakety Delta IV Medium (vyřazeny 22. srpna 2019) a Delta II (vyřazeny 15. září 2018). Od září 2014 je výkonným ředitelem této společnosti (CEO) Tory Bruno. Společnost sídlí ve městě Centennial, ve státě Colorado. V současné době vyvíjí novou raketu Vulcan. u města Dekatur ve státě Alabama. Raketa bude startovat z mysu Canaveral na Floridě nebo z Vandenbergovy letecké základny v Kalifornii. Alabama je vnitrozemský stát, přeprava raket probíhá na lodi, nejprve po řece Mississippi do Mexického zálivu a z něj loď s raketou směřuje buď na východní pobřeží Floridy, nebo Panamským průplavem do Kalifornie.

Loď pro transport raket aliance ULA. Zdroj Ken Kremer & Photo Media/Greg Scott.

Trasa lodi s raketami aliance ULA. Zdroj: SmarterEveryDay.

První stupeň rakety Vulcan

A nyní již k samotné stavbě rakety Vulcan. Nejprve se podívejme na výrobu prvního stupně této rakety, který bude 33,5 metru vysoký a bude mít průměr 5,4 metru. Nádrže prvního stupně pojmou přibližně 368 tun pohonných látek. Pro jeho pohon byla zvolena dvojice motorů BE-4 od společnosti Blue OriginBlue Origin – Blue Origin Federation, LLC, soukromá společnost působící v aerokosmickém průmyslu. Sídlí ve městě Kent ve státě Washington. Byla založena 8. září 2000 Jeffem Bezosem. V současné době je výkonným ředitelem této společnosti (CEO) Bob Smith. V současné době společnost provozuje suborbitální raketu New Sheppard, dále vyvíjí raketu New Glenn a v rámci programu Human Landing System vyvíjí (ve spolupráci s dalšími firmami Draper, Lockheed Martin a Northrop Grumman) možný budoucí přistávací modul pro program Artemis.. Motory BE-4, spadají do kategorie motorů s uzavřeným cyklem bohatým na okysličovadlo (viz AB 6/2020), využívají ke svému pohonu směs kapalného metanu (LCH₄) a kapalného kyslíku (LOX) jako okysličovadlo. Tato dvojice motorů má celkový tahTah motoru – nejjednodušší veličina popisující raketové motory. Udává sílu vyvinutou motorem v newtonech. K odvozeným veličinám patří tahový součinitel (tah/výkon) a specifický impulz (tah/spotřeba). 4 800 kN. K prvnímu stupni bude možno dále připojit dva, čtyři nebo šest pomocných raketových motorů GEM 63XL na tuhé pohonné látky od společnosti Northrop GrummanNorthrop Grumman – nadnárodní společnost se sídlem v americkém Los Angeles, jejímž hlavním cílem je prodej zbraňových systémů, námořních plavidel a letecké a raketové techniky. Společnost byla založena v roce 1939 americkým leteckým návrhářem Jackem Northropem. Společnost vyvinula lunární modul, který v roce 1969 přistál na Měsíci, podílela se na výrobě vesmírného dalekohledu Jamese Webba, provozuje rakety Antares a vyvíjí novou nosnou raketu OmegA..

Motor BE-4 společnosti Blue Origin. Zdroj Blue Origin.

Pomocné raketové motory na tuhá paliva společnosti Northrop Grumman.
Zdroj Northrop Grumman.

Jako základ pro tělo prvního stupně raket vyráběných aliancí ULAULA – United Launch Alliance, společný podnik společností Boeing a Lockheed Martin. Jeho historie se začala psát dne 1. prosince 2006, kdy byl oficiálně založen. V současné době provozuje rakety Atlas V a Delta IV Heavy. V minulosti provozovala rakety Delta IV Medium (vyřazeny 22. srpna 2019) a Delta II (vyřazeny 15. září 2018). Od září 2014 je výkonným ředitelem této společnosti (CEO) Tory Bruno. Společnost sídlí ve městě Centennial, ve státě Colorado. V současné době vyvíjí novou raketu Vulcan. slouží pláty hliníkovéHliník – Aluminium, velmi lehký kov bělavě šedé barvy, velmi dobrý vodič elektrického proudu, široce používaný v elektrotechnice a ve formě slitin v leteckém průmyslu a mnoha dalších aplikacích. Hliník byl objeven roku 1825 dánským fyzikem Hansem Christianem Oerstedem. slitiny označované jako „série 7000?“ – tento druh hliníkové slitiny se vyznačuje příměsí zinkuZinek – měkký lehce tavitelný kov, používaný člověkem již od starověku. Slouží jako součást různých slitin, používá se při výrobě barviv a jeho přítomnost v potravě je nezbytná pro správný vývoj organizmu.. Šířka jednoho plátu je bezmála 3,4 metru (pro raketu Vulcan) a k vytvoření jedné válcové sekce je těchto plátů potřeba pět. Dvě takové sekce tvoří tělo prvního stupně rakety Vulcan. Hliníkové pláty je nejprve třeba zpracovat a dodat jim před dalším použitím požadované zakřivení.

Hliníkové pláty na počátku výrobního procesu. Zdroj: SmarterEveryDay / ULA.

Výroba pláště prvního stupně rakety Vulcan. Zdroj: ULA.

U raket Delta IV a Atlas V se používá technologie Isogrid – jedná se o odstraňování vrstev plátu za pomoci CNC stroje, který do plátu vyfrézuje pevně daný vzor, a vytvoří tak trojúhelníkovou strukturu nosných žeber. Touto metodou dojde k odlehčení samotného plátu o téměř 90 procent za cenu mírného poklesu původní úrovně pevnosti. U rakety Vulcan se používá technologie Orthogrid – pracovní filosofie je podobná jako u výše zmíněné metody. Rozdílem je, že namísto trojúhelníkové struktury bude výsledný vzor obdélníkový, což urychlí samotný proces výroby a sníží výrobní cenu.

Pláty mají vytvořit válcový plášť prvního stupně, proto je nutné jim dodat požadované zakřivení. Tato úprava se provádí pomocí nárazového lisu. Zajímavé je si povšimnout, že o samotné ovládání lisu se nestará počítač, ale člověk, který zároveň kontroluje i správnost zakřivení, lidově řečeno od „oka“. Takto zpracované hliníkové pláty se posouvají do další části výrobního procesu, kde získají antikorozní vlastnosti tzv. eloxováním – na povrchu hliníku se vytvoří vrstva oxidu hliníku, jež brání následné oxidaci zbytku materiálu. Před započetím tohoto procesu je nutné všechny hliníkové části důkladně očistit, aby se předešlo následným nežádoucím chemickým reakcím. Při eloxování se hliníkové části ponořují do nádrží s kyselinami a poté se očistí. Nejprve dojde k ponoření do kyseliny sírové, kde zůstane po přesně danou dobu, následně je součástka vyjmuta a očištěna (osprchována) de-ionizovanou vodou. Poté se tento proces opakuje s kyselinou dusičnou. Po absolvování tohoto procesu je každá část budoucího těla rakety podrobena důkladné prohlídce. Pokud jsou všechny parametry v pořádku, válcové segmenty se kompletují. Samotné spojení se provádí pomocí podélného třecího svařování s promíšenímFSW – Friction Stir Welding, třecí svařování s promíšením. Metoda svařování, která byla objevena v roce 1991 v Anglii v Ústavu svařování TWI. Podél spoje se pohybuje rotující nástroj, který vyvíjí třením teplo. Materiál změkne a spojí se, aniž by došlo k jeho tání. Nástroj se otáčí kolmo na linii spoje, čímž dochází k mísení obou částí kovu.. Díky tomuto postupu se nemění fyzikální vlastnosti materiálu v okolí sváru.

Následně dojde ke kompletaci nádrží pro palivo a okysličovadlo. U raket Atlas V či Delta IV se jedná o čtyři kopule. U rakety Vulcan se obě nádrže sestávají jen ze tří kopulí, což je možné díky podobným teplotám varu u tekutého kyslíku (LOX, −183 °C) a tekutého metanu (LCH₄, −162 °C). Výsledkem je snazší chlazení nádrží a jednodušší konstrukce palivových nádrží. Okysličovadlo může být vedeno nádrží s palivem až k motorové sekci (dvojice motorů BE-4). Je to významné zjednodušení oproti raketě Atlas V, kde musí být okysličovadlo vedeno k sekci s motorem (RD-180) po plášti rakety.

Nalevo: svrchní kopule nádrže na okysličovadlo rakety Vulcan. Napravo: kopule
integrovaná do nádrže rakety Atlas V. Zdroj: SmarterEveryDay / ULA.

Vnitřek válcového segmentu, který po kompletaci tvoří tělo rakety Atlas V. Uvnitř kaž­dého čtyřúhelníku je přepážka, která ho dělí na dva trojúhelníky (technologie Isogrid). Zdroj: SmarterEveryDay / ULA.

Druhý stupeň rakety Vulcan

Druhý stupeň rakety Vulcan se nazývá Centaur V, má průměr 5,4 metru a délku 15,4 metru. Nádrže Centauru V, s celkovou délkou 11,7 metru, jsou schopny pojmout 54,4 tuny pohonné směsi – jedná se o kapalný vodík LH₂ a kapalný kyslík LOX. O pohon se budou starat dva motory RL10-C-1-1 s kombinovaným tahem 212 kN a s výtokovou rychlostí 4,45 km/s. Pro později vyvíjenou verzi Heavy se počítá s motory RL10-CX s prodloužením výtokových trysek.

Válcový segment druhého stupně Centaur, stabilizovaný podpěrnými prstenci.
Zdroj: SmarterEveryDay / ULA.

Jako konstrukční materiál je, z důvodu úspory hmotnosti, zvolena nerezová ocel. Tloušťka stěn druhého stupně se pohybuje od 0,675 do 1 milimetru. Bez patřičných opatření by konstrukce 2. stupně zkolabovala vlastní vahou, proto se během kompletace používá podpůrná struktura. Po zkompletování je třeba konstrukci natlakovat, aby se zabránilo destrukci. Kvůli nízké tloušťce stěn je nutné postupovat odlišně než při konstrukci prvního stupně, neboť značná část ocelových částí, ze kterých je sestavován druhý stupeň, by nevydržela svou vlastní váhu. Také není možné použít třecího svařování s promíšenímFSW – Friction Stir Welding, třecí svařování s promíšením. Metoda svařování, která byla objevena v roce 1991 v Anglii v Ústavu svařování TWI. Podél spoje se pohybuje rotující nástroj, který vyvíjí třením teplo. Materiál změkne a spojí se, aniž by došlo k jeho tání. Nástroj se otáčí kolmo na linii spoje, čímž dochází k mísení obou částí kovu., používá se svařování elektrickým obloukem. V celém procesu tvarování, kompletace a svařování je v maximální možné míře užito robotizace. Jeho průběh si můžete prohlédnout na následujícím videu.

Výroba druhého stupně Centaur rakety Vulcan. Zdroj: ULA.

Svařování svrchní kopule druhého stupně Centaur. Zdroj: SmarterEveryDay / ULA

Záběry z výroby svrchní kopule druhého stupně Centaur. Zdroj: ULA.

Finální kompletace druhého stupně, instalace elektroniky, motorů, nádrží s heliem a dalších důležitých částí probíhá v „čisté místnosti“, kde je koncentrace částic ve vznosu uměle řízena a která je konstruována a využívána takovým způsobem, aby se minimalizovalo zanesení, generování a zadržování částic uvnitř tohoto prostoru.

Kompletace druhých stupňů Centaur, uprostřed se nachází 2. stupeň, který ponese
rover Perseverance k Marsu v červenci 2020. Zdroj: SmarterEveryDay / ULA.

SMART Reuse

Pro raketu Vulcan se počítá s určitou mírou znuvupoužitelnosti, pracovní filosofie je v tomto případě odlišná od raket Falcon 9 společnosti SpaceX nebo raket New Sheppard společnosti Blue Origin, jejichž první stupně přistávají pomocí raketových motorů. United Launch Alliance přišla se svou ideou nazvanou „SMART Reuse“, jejíž princip je následující: poté, co se oddělí druhý stupeň, první stupeň se ocitne na balistické dráze. Před vstupem do atmosféry se oddělí sekce s motory, u níž ochrání motory během nadzvukového vstupu do pozemské atmosféry nafukovací štít. V hustších vrstvách atmosféry se aktivují padáky, které let zpomalí natolik, že motorovou sekci zachytí helikoptéra ještě dříve, než se dotkne mořské hladiny. Po této operaci bude sekce s raketovými motory podrobně prohlédnuta. Po provedení případných oprav bude sekce připravena k dalšímu letu. Finanční úspory budou značné, protože motorová sekce tvoří 2/3 ceny celého prvního stupně. Obdobný princip zachycení prvního stupně pomocí helikoptéry je testován pro rakety Elektron společnosti Rocket Lab. 

Koncept SMART Reuse. Zdroj ULA.

Testování zachycení rakety Electron společnosti Rocket Lab pomocí helikoptéry.
Zdroj Rocket Lab.

V posledním desetiletí jsme svědky vstupu soukromého sektoru do dobývání kosmu. Kromě zlevnění raketové dopravy, které už nelze přehlédnout, je asi největším přínosem rozmanitost. Vidíme, jak se realizují různé zdánlivě slepé větve plánů z počátků éry kosmonautiky, stejně tak jako žasneme nad neotřelými návrhy uskutečňujícími se přímo před našima očima. Sotva Elon Musk naučil své rakety přistávat na raketovém plameni, už se rýsuje snad úspornější projekt zachytávání vyhořelých stupňů ještě za letu. Je zřejmé, že další fantastická řešení již klepou na dveře.

Odkazy