Technický pokrok už netáhnou státy, ale miliardáři

Soukromý závod o vesmír

Technický pokrok už netáhnou státy, ale miliardáři
Soukromý závod o vesmír

Obsah dostupný jen pro předplatitele.
Přihlásit se můžete zde.

Pokud nemáte předplatné, nebo vám vypršelo, objednat si ho můžete zde.

Obsah dostupný jen pro předplatitele.
Předplatné můžete objednat zde.

Pokud nemáte předplatné, nebo vám vypršelo, objednat si ho můžete zde.

Prvních padesát let vesmírného věku patřilo velkým státním organizacím. Do vesmíru nelétaly společnosti, ale vlády. Duch soutěživosti, umocňovaný ideologickým soupeřením mezi Východem a Západem, umožňoval tehdejším politickým reprezentacím utrácet prostředky daňových poplatníků velmi štědře. Zejména Spojené státy americké byly ochotny vynakládat na vesmírný program značné množství peněz, hlavně v Kennedyho éře, kdy sociální výdaje byly dosud nízké a USA ještě nebyly naplno zataženy do katastrofálního a drahého konfliktu ve Vietnamu. Význam vesmírného programu pro budoucí obranyschopnost států dále posiloval vůli k vysokým investicím.

Nejdražší podnik lidstva

Létání do vesmíru nemůže být z principu úplně levné. Gravitační pole naší planety je silné a k dosažení oběžné dráhy potřebuje těleso startující ze zemského povrchu dosáhnout minimální rychlosti téměř 8 kilometrů za sekundu. Jediným zatím prakticky použitelným prostředkem, jak se na orbitu dostat, je chemická raketa. Ta spotřebuje ke svému startu hodně paliva. Palivo je těžké, a má-li tedy raketa odstartovat spolu s ním, potřebuje další palivo. K jeho zdvihu potřebuje další palivo a k jeho zdvihu další palivo… Tento cyklus se opakuje a říká se mu „tyranie raketové rovnice“; naštěstí, aspoň u dostatečně silných motorů, se nárůst hmotnosti paliva nakonec zastaví na konečném čísle.

I toto konečné číslo je však vysoké. Například raketa Falcon 9 americké společnosti SpaceX, o níž ještě bude řeč, spotřebuje při jednom startu paliva za 200 000 dolarů, tedy čtyři miliony korun. Ačkoli technická vylepšení na motorech časem povedou k nějaké redukci tohoto čísla, o řádové snížení již nepůjde. Proti běžné letecké dopravě bude tedy let na kosmickou dráhu vždy podstatně dražší, minimálně kvůli ceně paliva. (Pro srovnání: plně obsazený Boeing 787 letící z Prahy do Paříže spotřebuje pohonných hmot za cca 270 000 Kč.) Přesto cena paliva představuje jen mizivou část nákladů na jeden vesmírný let. Největší výdaje leží jinde a často jsou podmíněny zcela netechnickými okolnostmi. Dobrým studijním příkladem je osud americké NASA a její flotily kosmických plavidel. NASA, která stála za lety na Měsíc a za projektem raketoplánu, je státní organizace, přesněji řečeno úřad (administration). Její rozpočty a projekty jsou schvalovány Kongresem – a jsou tím také poznamenány. Nejen z hlediska cílů, ale i z hlediska fungování a infrastruktury.

Start nosné rakety Falcon Heavy s komickou lodí Dragon. - Foto: Commons Wikimedia

Poslanci a senátoři Kongresu jsou silně motivováni hledat pro federální dolary lokální odbytiště ve svém okrsku či státě. Každý program řízený z Washingtonu, který přináší vznik pracovních míst a investice na místní úrovni, je pro sedícího voleného politika zárukou volebních hlasů. To je také důvod, proč je NASA silně decentralizovanou agenturou, jejíchž 12 center je rozmístěno v osmi státech unie: Kalifornii, Floridě, Texasu, Alabamě, Ohiu, Virginii, Mississippi a New Yorku (nepočítaje centrálu ve Washingtonu, DC). Podobně geograficky rozmístěné jsou také hlavní partnerské firmy NASA, jako je Lockheed Martin či Boeing.

Tato široká síť poboček a dodavatelů uspokojuje ekonomické zájmy většiny kontinentálních států USA, ale zároveň vede k neefektivitám při vzájemné komunikaci a dodatečným nákladům na přesun lidí a materiálu. Přesnou sumu nedokáže nikdo vyčíslit. Velmi viditelná je ovšem například skutečnost, že řízení letů sídlí v Houstonu ve státě Texas, zatímco starty se obvykle provádějí z kosmického střediska na floridském mysu Canaveral, 1600 kilometrů daleko a o jedno časové pásmo vedle. Další významná základna, Vandenberg v Kalifornii, je od Houstonu vzdálena 2500 kilometrů (a dvě hodiny časového rozdílu) opačným směrem. Jinými slovy, letový ředitel si nemůže jít jen tak před startem „prohlédnout“ kosmické plavidlo, jehož let má za úkol řídit. Porady mívají podobu telekonferencí.

Minimálně jednou toto uspořádání mohlo mít vliv na budoucí katastrofu. Když se v lednu 1986 zodpovědní manažeři radili o tom, zda povolit vzlet raketoplánu Challenger, museli tak činit formou konferenčních hovorů, protože někteří byli v Alabamě, jiní na Floridě a ještě další ve státě Utah. Kdyby byli všichni přítomni na mysu Canaveral, možná by jejich osobní porada skončila jiným rozhodnutím než tím, které nakonec vedlo k explozi raketoplánu 73 sekund po startu a ke smrti jeho sedmičlenné posádky.

Druhá vlastnost, která ovlivňuje fungování NASA, je vysoká averze vůči riziku. Každé selhání startu je předmětem intenzivního zájmu ze strany Kongresu. Pokud při něm dojde ke ztrátám na životech, může se vyšetřování táhnout několik let, ale vážný problém představují i nehody nákladních letů bez posádky. Jedním z důsledků je, že inženýři dodavatelských firem navrhují součástky a systémy na vysokou úroveň spolehlivosti a podrobují je striktním certifikačním procesům. Což na první pohled není u tak nebezpečného podniku, jako jsou kosmické lety, na závadu. Kultura extrémní náročnosti má však svoje náklady, a to poměrně vysoké. Zajistit spolehlivost nějakého systému na 99,9999 % bývá mnohonásobně dražší než na „pouhých“ 99,9 %, a pokud nejde o záležitosti kritické pro let samotný, jde o náklad v podstatě zbytečný.

Vizualizace rakety BFR Elona Muska na Marsu. - Foto: Spacenews.com

Los Angeles Times uvádějí ve svém článku z března 2018 jeden takový příklad z praxe. Společnost SpaceX potřebovala zajistit chlazení nákladu umístěného v nákladovém prostoru rakety (fairing), protože pod horkým floridským sluncem má kovová komora tendenci se rozpálit do vysokých teplot. Oslovení výrobci firmě na dotaz sdělili, že certifikovaný systém pro tento účel stojí tři miliony dolarů – pro každý start zvlášť, protože nákladový prostor se konstruuje pokaždé nanovo. Tato vysoká částka se Elonu Muskovi, řediteli SpaceX, nelíbila. Nechal prozkoumat skutečné požadavky na chladicí výkon. Výsledek zněl, že pro toto zadání zcela dobře stačí běžné klimatizační jednotky, určené k chlazení obytných domů, dostupné v každém e-shopu. Osazení šesti takových jednotek vyšlo SpaceX na šest tisíc dolarů – úspora na této položce tedy činila 99,8 % částky, kterou při „svých“ objednávkách kosmických letů vynakládá americký stát.

Světová kosmická stagnace

Příběh raketoplánu a jeho dosud neexistujícího následovníka – SLS – je další dobrou ilustrací celého strukturálního problému, jenž NASA trápí. V červenci roku 2011 přistál na Merrittově ostrově u pobřeží Floridy raketoplán Atlantis. Byla to jeho poslední mise. Program letu raketoplánů tím byl ukončen a Spojené státy tak – poprvé za 50 let – ztratily schopnost vysílat svoje astronauty do vesmíru. Od roku 2011 se Američané na Mezinárodní kosmickou stanici dostávají pouze pomocí ruských sojuzů. Zastavení provozu raketoplánů bylo zdůvodněno tím, že flotila stárne a její provozování začíná být jak velmi drahé, tak čím dál nebezpečnější. V roce 2003 se při vstupu do atmosféry rozpadla Columbia, nejstarší z raketoplánů. Neštěstí stálo sedm lidských životů, celkový počet obětí programu se tak vyšplhal na 14. Nikdo nechtěl riskovat další nárůst této pochmurné bilance.

Raketoplán byl patrně nejsložitějším strojem, jaký kdy lidské mozky a ruce zkonstruovaly; jeho komplexitu už jen tak něco nepřekoná. Mohl se chlubit různými prvenstvími – počet členů posádky byl historicky nejvyšší a jeho hlavní motory byly nejsilnějšími kapalinovými raketovými motory vůbec. Tomu však odpovídala cena jednoho stroje – kolem šesti miliard dnešních dolarů (cca dvě miliardy dolarů v době konstrukce) – a rovněž čas, který musely pozemní posádky strávit revizemi a opravami raketoplánu po každém přistání. Jeden start vyšel na půl miliardy dolarů. Technické vybavení, zvláště palubní počítače, během třiceti let provozu značně zastaralo.

Když Američané rozhodli o ukončení provozu svých raketoplánů, měli v plánu nahradit je novým systémem, který nesl projektové označení Constellation. Záměr byl velkorysý. Nosné rakety Ares, loď Orion a přistávací modul Altair měly NASA vrátit všechny schopnosti, jimiž kdy disponovala, včetně letů lidských posádek na Měsíc, a možná dokonce – jednoho dne – i na Mars. Projekt Constellation však za sebou od prvního okamžiku táhl masivní „kouli na noze“ v podobě politických ohledů. Aby byli senátoři a kongresmani spokojeni, měly výzkum, vývoj a výroba probíhat v těch samých technologických centrech, která se podílela na konstrukci raketoplánů, a dokonce využívat některé součásti, například právě silné hlavní motory. Tím byl design kosmického plavidla pro 21. století svázán s historickou technologií. Už v roce 2004 odhadovala NASA, že vývoj systému bude stát 230 miliard dolarů. Projekt nakonec nabral takový časový skluz, že jej nový americký prezident Obama v roce 2010 zrušil.

Ruská raketa Sojuz míří na odpalovací rampu v Bajkonuru. - Foto: mix.msfc.nasa.gov

Jeho nástupce, SLS (Space Launch System), má podobné problémy. Myšlenka na nové použití staré technologické základny zděděné po raketoplánech dosud Kongres neopustila. Budoucí „vlajková“ raketa USA tedy riskuje, že bude, obrazně řečeno, největší a nejdražší parní lokomotivou v éře šinkansenů. Nosiče mají být jednorázové, bez možnosti opakovaného použití. Očekávaná cena jednoho jediného startu je 1,25–2,5 miliardy dolarů. Ani bohaté Spojené státy americké si nemohou dovolit víc než několik takových startů ročně. K dovršení všeho nabírá SLS opět zpoždění, aktuálně se první vzlet odhaduje na rok 2020.

Spojené státy nejsou jedinou zemí, která provozuje vlastní raketové systémy. Rusko podědilo po Sovětském svazu projekt Sojuz. První Sojuz s lidskou posádkou odstartoval z Bajkonuru již v roce 1967; tento let skončil smrtí čtyřicetiletého kapitána Vladimira Komarova, protože přistávající velitelské sekci se zapletly padáky a dopadla na zem velmi tvrdě. Obecně se však Sojuz osvědčil a nyní je v provozu již jeho čtvrtá generace, postupně vylepšovaná o novější technické prvky způsobem, jaký nebylo možno aplikovat u komplexnějších raketoplánů.

Sojuzy jsou odolné, konstrukčně jednoduché, dokážou odstartovat a přistát téměř za každého počasí, ale poslední dobou začíná být patrné, že mají stejnou potíž jako jejich americké protějšky: morálně a technicky zastarávají. Ruská kosmická agentura, podobně jako ostatní státní agentury, měla objednávky startů od armády jisté, a tudíž i přísun peněz. Nic ji netlačilo ke snaze vymýšlet a konstruovat zcela nové a odvážnější systémy. Sojuz je tak pěknou i funkční ukázkou technologie, která sice disponuje některými modernějšími prvky, ale jejíž základní myšlenkový rámec odráží poměry 60. let 20. století. Ani další ruská raketa, Angara, se od Sojuzu svým designem podstatně neliší.

Dost podobně je na tom evropská řada nosičů Ariane a rakety dalších států (Indie, Čína): ve všech případech jde o systémy na jedno použití. Tyto rakety koncepčně stále připomínají stroje, které vyslali do nebes velcí konstruktéři z úsvitu kosmického věku Sergej Koroljov a Wernher von Braun. Jedno z nejnovějších průmyslových odvětví světa se zároveň ukázalo jako jedno z těch nejvíce konzervativních.

Raketoplán Discovery je připraven na let k Mezinárodní vesmírné stanici, 2006. - Foto: NASA

Hledání nových cest, s. r. o.

Tahounem technického pokroku se v posledních letech staly soukromé společnosti, mezi nimiž vynikají dvě firmy, založené a řízené IT miliardáři: SpaceX (Elon Musk, zakladatel PayPalu) a Blue Origin (Jeff Bezos, majitel Amazonu). Společným jmenovatelem soukromníků je snaha o ekonomicky racionální přístup a větší ochota podstupovat riziko při experimentálních letech. SpaceX má zatím ve svém snažení výrazný náskok. Jedním z oblíbených témat Elona Muska, k němuž se ve svých veřejných vystoupeních neustále vrací, je absurdita principu strojů na jedno použití. Zahazovat po startu nosné stupně je drahá záležitost, kterou Musk připodobňuje k sešrotování nového boeingu po každém letu. Dávalo by daleko větší smysl použít
nosič opakovaně.

Zkonstruovat spolehlivé rakety k vícenásobnému použití je ovšem velmi obtížný technický úkol, nutně provázený řadou počátečních explozí. Soustrojí je při vzletu extrémně namáháno, daleko víc než běžné dopravní prostředky, a selhání jediné znovu použité součástky může skončit katastrofou. Proto takových projektů ve státní režii dosud mnoho nebylo, úspěšný byl vlastně jen jediný: orbiter raketoplánu a jeho postranní pomocné rakety šly použít víckrát, avšak za cenu pečlivé manuální revize „každého šroubku“, která zabrala hodně času a stála dost peněz. Než byl raketoplán po svém přistání opět připraven k cestě do kosmu, trvalo to nejméně dva měsíce (rekord drží Atlantis, 54 dní), ale častěji čtyři a více. Designér efektivního systému tedy bojuje hned na dvou frontách naráz. Jím vyvíjený stroj musí být dostatečně robustní na to, aby vydržel opakovanou zátěž vzletu, a zároveň dosti jednoduchý na to, aby jeho revize a příprava k dalšímu vzletu nezabrala mnoho času a nebyla příliš náročná na kvalifikovanou pracovní sílu. Jedině tak se dá dosáhnout režimu, který se alespoň trochu přiblíží poměrům v leteckém průmyslu: vzlétnout, přistát, vyčistit, zkontrolovat a opakovat cyklus. Tajemstvím levných letenek je vysoké vytížení letadel, která tráví víc času ve vzduchu než na zemi. Pro levný přístup do kosmu musí být dosaženo podobného stavu.

Když společnost SpaceX v roce 2011 ohlásila, že rozjíždí právě takový program, snesla se na její hlavu vlna nedůvěry, ba i výsměchu. Stanovené cíle vypadaly skutečně nerealisticky. Celá raketa měla být připravena k novému použití do 24 hodin po návratu na zem, rovněž termín byl šibeniční. Prvních úspěšných návratů mělo být dosaženo v roce 2015. Veteráni kosmického průmyslu se netajili svou skepsí, někdy velmi tvrdě formulovanou do médií. Houževnatý Jihoafričan Musk se tím však nedal odradit. Po řadě ohnivých neúspěchů, které grafici SpaceX sestříhali do impresivního dvouminutového videa („How Not to Land an Orbital Rocket Booster“), přistál v prosinci 2015 použitý první stupeň Falconu 9 zpátky na rampě mysu Canaveral. O čtyři měsíce později se totéž odehrálo na širém moři, kde na vracející se raketu čekala speciální robotická loď. V únoru 2018 již kronika SpaceX čítala sedmnáct prvních stupňů, úspěšně a v celku navrácených na povrch zemský, z toho šest se jich vrátilo dvakrát.

Nová varianta Falconu 9, označovaná Block 5, má umožnit až deset návratů prvního stupně jen s inspekcí, bez nutnosti nákladnější renovace. První Block 5 s komerčním nákladem má vzlétnout koncem dubna 2018 a nést bangladéšskou družici Bangabandhu (Přítel Bengálska). Čtyřiadvacetihodinový obrat je zatím mimo možnosti systému a možná se nepodaří nikdy, ale týden by měl být velmi dobře dosažitelný. Dokonce i samotná NASA uvažuje o tom, posílat astronauty na ISS pomocí těchto nových falconů, a zbavit se tak závislosti na Rusku. Čeká ovšem na to, až se nový Block 5 osvědčí v praxi. Skutečný převrat má však teprve přijít. Flotila recyklovatelných falconů, jež dokážou na oběžnou dráhu vynášet komerční náklady podstatně levněji a rychleji než konkurence, je společností SpaceX zamýšlena jako hlavní zdroj financování firmy. Vývojové úsilí inženýrů se však soustřeďuje na nástupnický projekt jménem BFR, což je stometrový veleobr určený k dopravě velmi těžkých nákladů, a dokonce k meziplanetárním misím. Na světě už je raketový motor, Raptor, který by měl BFR pohánět. Je určen ke spalování metanu, sloučeniny, která se na jiných tělesech sluneční soustavy buď hojně vyskytuje, nebo ji tam alespoň lze jednoduše vyrábět. Poprvé byl Raptor zkušebně zažehnut v září 2016. Na kalifornském pobřeží u Los Angeles začala letos vznikat továrna určená k produkci těchto nových raket. Blízkost Panamského průplavu by měla v budoucnu umožnit snadný převoz gigantických raketových stupňů z Kalifornie na pobřeží Texasu a Floridy, odkud mají probíhat starty. Vedení SpaceX je optimistické a věří, že prototyp BFR vzlétne k prvnímu suborbitálnímu skoku již za rok. Ekonomika provozu by rovněž měla být velmi dobrá. Ve SpaceX počítají i s možností, že by BFR využili k dopravě na planetě. Skok na hranici vesmíru a zpět by donesl pasažéry z USA do Číny za pouhých třicet minut.

Elon Musk. - Foto: Commons Wikimedia

Zda se tento ambiciózní plán uskuteční – a v jakém časovém horizontu –, je zatím otázkou budoucnosti. Ani společnost SpaceX nemá „patent na pravdu“ a některé její projekty nabraly značný skluz. Falcon Heavy, vypuštěný poprvé začátkem února 2018, dosáhl poprvé oběžné dráhy pět let po termínu, který si SpaceX stanovila v roce 2008. Pokud však BFR splní aktuální očekávání, všechny stávající raketové systémy Číny, Ruska, USA, Indie, Japonska, Evropy i Izraele nechá technicky daleko za sebou. Z historie se nabízí srovnání: Dreadnought, první britská bitevní loď poháněná parní turbínou (1906). Podobně jako u falconů a BFR byl Dreadnought výsledkem vytrvalé iniciativy jediného člověka, admirála Johna „Jackyho“ Fishera. Loď měla ve svých kritických parametrech takovou převahu nad dosavadními technologiemi, že veškeré ostatní válečné loďstvo všech států se stalo přes noc zastaralým. Následovaly závody ve zbrojení, protože konkurenční mocnosti (jako císařské Německo) vycítily příležitost skokově srovnat dříve drtivou převahu britské Royal Navy. To se snad v případě dnešních kosmických závodů nestane. Okopírovat vesmírnou technologii je těžší než okopírovat parní turbínu. Přesto však bude následovat období zásadní nerovnováhy na „orbitálním trhu“, které povede zaostávající hráče k horečné aktivitě ve snaze o vyrovnání skóre. Ve hře totiž není jenom Měsíc a Mars. Ve hře je především dominance na planetě Zemi.

Marian Kechlibar

14. dubna 2018