Nerezový trup Elonovy Starship má být obhájen aktivním chlazením lodi při návratu

TLDR verze: Nikoliv uhlíkové kompozity, ale stará dobrá OCEL má tvořit trup Muskovy superlodi Starship. Teď víme, že důvodem je tepelný štít (zdroj tu).

Vesmír z nerezu

I když Elon řekl v září, že plánovaná verze lodi Starship je už fakticky poslední výrazná změna designu za poslední tři roky, neuvěříte, co se stalo – neměl pravdu! Jak jste si totiž zřejmě v posledních týdnech všimli, SpaceX docela výrazně změnila design lodi. Namísto trupu z futuristických uhlíkových vláken bude trup nově… z nerezové oceli. #wut

Není to vlastně nic moc nového, o důvodech se (správně) spekulovalo cca. od počátku prosince. Teprve dva dny nazpět ale rozhovor Popular Mechanics s Muskem (potvrzeno i na jeho Twitteru) definitivně a s konečnou platností řekla, proč bude Starship ocelová. Spoiler Alert: nejde jenom o to, že teď už definitivně vypadá jako kulisa ze sci-fi natáčené v roce 1950

V první řadě, s ocelí se snáze a levněji manipuluje. Materiál je víc jak šedesátkrát levnější než uhlíkové kompozity, což prý urychlí proces vývoje Starship. Tož… uvidíme.

Podstatnější je nerezová ocel zejména pro systém návratu lodi. Ačkoliv je ocel těžká, podle SpaceX má v podchlazeném stavu paradoxně o polovinu vyšší pevnost než za normálního stavu, což ji v komparaci s jinými stejně fortelnými materiály staví na první příčku ve váze. Faktem je, že u oceli byly už staré rakety Atlas, a nešlo o úplný provar. Zejména se počítá odolnost vůči prasklinám. Rovněž má ocel vyšší bod tání, čili je pro tepelný štít opět logickou volbou (v historii napadly kovové štíty návrháře dříve než štíty ablativní, viz níže).

Potící se kosmolet

Ideou SpaceX je vytvořit ve vnější části trupu Starship dvě ocelové vrstvy, mezi nimiž bude proudit chladící médium (podchlazený metan nebo voda), které budou zároveň perspirací unikat na vnější trup a ochlazovat jej tak. Díky vyšší teplotě, kterou trup unese, by se většina lodi neměla vůbec dostat do kritického bodu tání (de facto nebude potřebovat klasický tepelný štít). Kolem 20 % kriticky exponované části lodi pak bude dodatečně chlazeno aktivně použitým médiem.

Mohla by taková šílenost fungovat? Nejspíše ano – pokud se do ní natankuje dost korun & bohatě se prověří. Aktivní systémy obecně problémy spíše přidávají, protože vše jenom komplikují. #logic

V tomto případě je ale zase sympatické, že Starship skrze chlazení našel druhotné uplatnění pro metan, který stejně bude muset být na palubě, protože loď přistává motorově. Což třeba Apolla nebo raketoplány řešit nemusely, že.

Vyšší teplota tání z oceli také mnohé zjednodušuje. A o aktivním chlazení a/nebo kovových tepelných štítech se dříve už uvažovalo. Neřeknu tedy tak ani onak, dokud někdo neotestuje parkrát prototyp, ideálně bez posádky…

Faktem nicméně je, že dnešní podoba tepelných štítů je konzervativnější než vesnický farář. Přitom v historii se objevilo tolik pěkných nápadů, jak lodě při návratu z kosmu chránit.

Dějiny atmosférického násilí

Dnes jsou tepelné štíty kosmické lodi známé prakticky pouze ve dvou variantách – jako ablativní štíty (které se odpařují) vespod modulů á la Apollo nebo Sojuz, a keramické štíty/destičky (které horko „absorbují do sebe“ alespoň po omezený čas návratu) z programu raketoplánů. V historii však existovalo mnoho jiných nápadů, které obvykle umíraly mladé a atmosférou nepolíbené. ..

Úplně na počátku kosmického programu se třeba mluvilo tom, že štíty budou těžké a pasivní – tedy právě z těžších kovů, třeba titanu. Ocelový štít měl být prvním designem lodí Mercury, ale pak někoho napadlo, že lehčí ablativní štít dává přece jenom vyšší smysl. Těžké štíty mají totiž tu nevýhodu, že jsou těžké. Jinou ideou zase bylo využívat aktivního chlazení. To nám také zní docela povědomě, co?

Koncept průzkumného stroje USAF jménem Brass Bell Vehicle (který byl v podstatě taková variace X-15 – a později se více méně přerodil do raketoplánu Dyna-Soar) počítal koncem 50. let právě s chlazením hliníkového trupu pomocí uzavřeného voda-glykolového chlazení. Takže podobné nápady létaly éterem (bohužel nikoliv vesmírem) již dříve.

To jsou navíc jenom některé z možných vizí – v dějinách kosmonautiky se řešily i štíty nafukovací, dokonce se uvažovalo nad tím, že lodě by se bez fortelných štítů částečně obešly. Vracely by se totiž „navícekrát“ a při každém vnoření do atmosféry by se díky odporu/vztlaku (!) odrazily na balistickou dráhu, snížily tak svou návratovou rychlost (a tím i tření) a mohly by se v součtu obejít zcela bez rizika uhoření!

Některé z těchto ideí byly rozpracovávány (takže třeba nafukovací štít je teď opět ve vývoji) nebo částečně aplikovány (takže Apolla využívala některé nápady z vícenásobného vstupu do atmosféry), nakonec ale platí, že bujaré experimentování není v kosmických programech zrovna populární disciplínou.

Koncept chlazení Brass Bell Vehicle.
Stroj: USAF

Cirkus nápadů

Hazard se životy a/nebo mnohamiliardovými projekty zkrátka nejde (zejména ve státním sektoru) na ruku tankování peněz do kreativních možností, které mají nově vyřešit už jednou vyřešené problémy. Tepelné štíty dnes fungují, nemá tedy smysl do nich moc zabrušovat, tečka.

Muskova Starship podobnou byrokratickou bagáž nemá, ale zároveň bude její tepelný štít tak trochu sázkou do loterie. Aktivní chlazení vypadá na papíře krásně, a určitě samozřejmě může jít o onu stříbrnou kulku (ostatně má i její odstín!) k vyřešení nešvarů kosmických letů.

Zrovna tak se ale může jednat i o jakousi novou variaci na keramické destičky raketoplánů, které také měly být zázračnou novinkou pro návraty do atmosféry – jen aby se ukázalo, že v praxi fungují podstatně hůře než na papíře. Nakonec, není to jediná znepokojivá paralela mezi Starship a Space Shuttle, kterou jsem tento týden sepsal…

Ukáže až čas – já za sebe samože držím Elonovi palce i u nohou, aby se to nepo*ralo… Ale další radikální změna designu Starship po čtyřech měsících od poslední úpravy, to je panečku vývoj divočejší než postřelený kanec! Jako životem zmrskaný a duševně na trout vyhořelý skeptik bych se tedy zase tak moc nedivil, kdyby se to nakonec přesto jednou dvakrát po*ralo, a to ačkoliv se aktivní chlazení v součtu může přesto osvědčit! 🙁 Uvidíme, přátelé, uzavírejme sázky!

[LL]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a přátel vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, která připravuje přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.

A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!

Diskuze