Technologie | Raketa | Motory

Raketa nemusí mít klasické zvonovité trysky. Už dlouho známe účinnější řešení

Od úplného počátku používají rakety trysku ve formě zvonu. Ať už se jedná o první německé rakety z druhé světové války anebo nejnovější Falcon Heavy společnosti SpaceX, nutně to neznamená, že jde o nejlepší typ raketového pohonu, který známe.

Současné raketové motory mají jednu hlavní nevýhodu, jejich vlastnosti se mění se vzrůstající výškou od povrchu Země. Využívaným řešením je použití vícestupňových raket, kdy se jednotlivé části s vlastními motory a palivem za letu postupně oddělují.

V sedmdesátém roce se objevil alternativní pohon s obrovským výkonem umožňujícím budovat jednostupňové a vysoce účinné rakety. Akorát ještě do vesmíru neletěl. Řeč je o motoru typu „aerospike“.

První teoretické zmínky o této technologii sahají ke společnosti Rocketdyne a roku 1950. Z hlediska konstrukce se motor od svých bratrů s klasickou „zvonovou“ tryskou až tolik neliší – jiný je způsob výtoku plynů ze spalovací komory. Vytékání probíhá kolem centrálního tělesa, což je příhodné vzhledem k probíhajícím fyzikálním procesům.

Náhrada raketových trysek

Co je špatně s klasickou raketovou trysku ve formě zvonu, kterou používáme od počátku vývoje raketové techniky? Aby raketa správně fungovala a měla správný tah, je třeba kontrolovat hoření raketového paliva. Pokud by raketa neměla žádnou trysku, palivo by expandovalo do všech stran a raketa pravděpodobně s ním. Tryska usměrňuje tok paliva a pokud vyvine vysokou rychlost a překoná atmosférický tlak, raketa může vzlétnout.

U atmosférického tlaku na chvíli zůstaneme. Pokud se pohybujeme po povrchu Země, průměrný atmosférický tlak se extrémně nemění. Za normálních podmínek váží jedem metr krychlový vzduchu asi 1,3 kg. Stoupáme-li ovzduším, sloupec vzduchu nad námi se však zmenšuje a tím pádem se i zmenšuje tlak. Vzletíme-li do výšky 12 km, tlak bude desetinový oproti tlaku u mořské hladiny. A ve výšce 50 km pocítíme jednu setinu původního tlaku.

Jak se to týká raketového motoru? Atmosférický tlak vytlačuje plyny z raketové trysky. A sice čím výše raketa je, tím méně efektivní je odvod zplodin z komory. Vícestupňové rakety se s tímto problémem popraly rozdílnou velikostí trysek a použitím jiných druhů paliv. Ideální raketová tryska by tedy měla upravovat svůj tvar v průběhu letu. A to je přesně to, co trysky typu „aerospike“ také dělají.

Motor typu „aerospike“

Doposud byly vytvořeny dva typy tohoto motoru, pojmenované podle svého tvaru, kulaté (prstencové) a přímé (lineární). Nejflexibilnější se jeví lineární typy, a sice trysky tvarované do pomyslného písmena V.

Proč se tato technologie ve větší míře neproslavila? Častokrát za to mohly chybějící finance pro další testy. NASA v roce 2004 otestovala svůj prototyp „aerospike“ v menším měřítku, ale od té doby do výzkumu výrazně neinvestovala.

Většími průkopníky se zdají některé soukromé společnosti. ARCA Space Corporation měla provést v roce 2017 první test s větší raketou. Start byl odložen a ve společnosti se objevily nesrovnalosti ve vedení. Přestože byl CEO společnosti po 14hodinové výpovědi u soudu nakonec v květnu 2018 zproštěn viny, vývoj motoru „aerospike“ to výrazně zpomalilo.

Ostatní společnosti jako např. SpaceX a Blue Origin se do vývoje nepouštějí, protože případný neúspěch by byl obrovským komerčním riskem, ne-li přímo jistým krachem. Sázejí raději „na jistotu“.

Jedinou známější společností, která v současné chvíli motor typu „aerospike“ vyvíjí, je RocketStar. Start jejich verze motoru byl naplánován na 7. března 2019, nicméně pro technické problémy související s bezpečným startem byl odložen na další nejbližší možný, ale zatím předem neurčený termín.

Z teoretického hlediska se sice jedná o nejúčinnější typ motoru pro kosmické lety, vývoj v této oblasti je však nesmírně nákladný, a tak si na uvedení do běžné praxe budeme muset chvíli počkat. Pokud se podaří, velmi výrazně to sníží náklady na 1 kg vynesený na oběžnou dráhu. Toto klíčové číslo se ovšem podařilo v posledních letech významně snížit i s klasickou konstrukcí raketových motorů, jak dokládá tabulka.

Rok Loď Země Cena za
vynesený kg
Cena letu
(v milionech dolarů)
1981 Space Shuttle USA 19 824 $/kg 450
1996 Ariane 5 EU 10 313 $/kg 165
2001 Soyuz-FG Rusko 7 246 $/kg 50
2009 H-IIB Japonsko 7 104 $/kg 135
1997 Long March 3B Čína 5 833 $/kg 70
1993 Polar Satelite Indie 3 947 $/kg 15
2010 Falcon 9, SpaceX USA 2 719 $/kg 62
2017 Falcon 9, SpaceX
(opětovné použití)
USA 1 930 $/kg 44
Diskuze (17) Další článek: Intel přetahuje odborníky na grafiky od AMD i Nvidie. Své grafické karty Xe ukáže už příští rok

Témata článku: Technologie, Země, SpaceX, Raketa, Čína, Rusko, Japonsko, Falcon Heavy, Blue Origin, Motory, Long March, LEFT, Tryska, Typ, Atmosférický tlak, Motor, Space Shuttle, Palivo, Tlak, Účinné řešení


Určitě si přečtěte

Nejlepší hardware: Skládáme nenáročnou sestavu i extrém na hry

Nejlepší hardware: Skládáme nenáročnou sestavu i extrém na hry

** Poradíme, jaký se teď vyplatí koupit hardware ** Procesory, desky, paměti, grafické karty... je z čeho vybírat ** Počítač ale nemusíte skládat, ukážeme i výhodné hotové počítače

Stanislav Janů | 8

Kde se bere elektřina v zásuvce? Poznejte 10 tajemství venkovních stožárů s dráty

Kde se bere elektřina v zásuvce? Poznejte 10 tajemství venkovních stožárů s dráty

Elektřina se vyrábí v elektrárnách, ale do zásuvek v našich domovech to pak má ještě hodně daleko. Dnes se na tuhle dlouhou cestu podíváme.

David Polesný | 91