Starship Integrated Flight Test

Spodní část startovní sestavy tvoří nosná raketa, resp. první, urychlovací stupeň Super Heavy. Je 69 metrů vysoký a jeho průměr v celé výšce dosahuje 9 metrů.^[1] Pohon zajišťuje celkem 33 motorů Raptor, které mají při plném výkonu souhrnný tah asi 76 MN, což ze sestavy činí nejsilnější raketu v historii dobývání vesmíru. Nádrže urychlovacího stupně pojmou celkem 3 400 tun pohonných hmoty, z toho zhruba tři čtvrtiny kapalného kyslíku a zbytek podchlazeného kapalného metanu.

Kosmická loď Starship tvoří horní část sestavy. Je 50 metrů vysoká a po většinu délky udržuje průměr 9 metrů, tedy shodný s urychlovacím stupněm – až v horní čtvrtině se průměr postupně zmenšuje a vytváří zaoblenou kuželovitou špičku. Šest motorů Raptor – tři optimalizované pro provoz ze vesmírném vakuu, tři pro provoz v atmosféře^[2] – má k dispozici celkem 1200 tun pohonných látek. SpaceX udává kapacitu nákladu 100 až 150 tun.^[1]

Obě součásti byly vyvinuty jako plně znovupoužitelné a určené pro vynášení satelitů a dalších kosmických těles, zásob včetně paliva, i pro vesmírnou turistiku, cesty k Měsíci a meziplanetární lety.

V původních plánech SpaceX hovořila o prvním orbitálním letu v roce 2020.^[3] Skutečné přípravy na další krok ve vývoji sestavy Super Heavy/Starhip se ale mohly rozběhnout až po prvním úspěšném přistání prototypu lodi Starship se sériovým číslem 15 (SN15) 5. května 2021.^[4] SpaceX odhalila plány o osm dní později v souvislosti s podáním ohledně komunikačního provozu nadcházejícího letu na Federální komise pro komunikace (FCC).^[5] Za cíl letu přitom označila ověření základních schopností rakety při startu a dosažení oběžné oběžné dráhy, aniž by se plně vyzkoušely složité přistávací a návratové systémy.^[6]

Podle zveřejněného záměru měla raketa odstartovat ze základny Starbase v Boca Chica na texaském pobřeží Mexického zálivu a stoupat v koridoru mezi Floridou a Kubou. Urychlovací stupeň se měl od kosmické lodi oddělit asi 170 sekund po startu, vrátit se a přistát na mořskou hladinu asi 32 km od pobřeží Mexického zálivu. Kosmická loď Starship mezitím měla vystoupat (podle později zveřejněných údajů až do výšky asi 235 kilometrů nad povrchem Země^[7]) po transatmosférické oběžné dráze (s perigeem v atmosféře Země), což by umožnilo návrat po necelém jednom oběhu bez nutnosti opětovného spuštění motorů kvůli brzdicímu manévru. K měkkému přistání do moře by došlo po 90 minutách letu, asi 100 km severozápadně od havajského ostrova Kauai.^[8] Den před plánovaným startem 17. dubna 2023 však byla oznámena drobná změna, místo přistání bude severně od havajského ostrova Oahu.^[7]

Společnost SpaceX nestanovila konkrétní datum použití telekomunikačního vybavení na lodi Starship (tedy datum letu), ale v žádosti na FCC naznačila očekávání, že k demonstrační misi dojde někdy mezi 20. červnem a 20. prosincem 2021.^[6] Tento plán však vzal zasvé kvůli nedokončenému environmentálnímu posouzení základny Starbase, které měl na starosti Federální úřad pro letectví (FAA). Ten posuzování zahájil v listopadu 2020,^[9] v před koncem roku 2021 však bylo oznámeno, že výsledek posouzení bude kvůli velkému množství připomínek dotčených subjektů zveřejněn až 28. února 2022. Termín byl ještě dvakrát o měsíc odložen,^[10] ale ve skutečnosti FAA posouzení zveřejnil až 13. června 2022^[11] a oznámil, že SpaceX bude muset provést více než 75 opatření ke zmírnění dopadů na životní prostředí, než bude ze strany FAA možné vydat licenci ke startu. Požadovaná zmírnění mířila především k ochraně vodních zdrojů, limitům hladiny hluku a kontrole biologicky nebezpečných materiálů.^[9]

V srpnu 2022 SpaceX doplnila žádost na FCC o variantní možnost přistání urychlovacího stupně přímo na základně Starbase.^[12]

Během pokračujících příprav rampy, urychlovače i kosmické lodi se postupně objevilo několik spekulací o možném termínu startu – např. v prosinci 2022^[13] nebo březnu 2023.^[14] Vždy ovšem připomínaly, že FAA stále nevydala licenci nutnou k provedení letu. Elon Musk 17. 3. 2023 oznámil, že firma bude připravena ke startu za několik týdnů, takže načasování testovacího letu bude záviset FAA.^[15]

Až v prvních dnech dubna 2022 se objevila celá řada indicií, že SpaceX vážně pracuje s termínem startu kolem 10. dubna.^[16] Nejprve bylo 1. dubna vydáno navigační varování pro Mexický záliv a Havaj na období od 6. do 12. dubna, a to včetně mapy s vyznačenou trasou letu.^[17] Kromě toho se 4. dubna ukázalo, že si NASA si na 10. a 11. dubna předběžně zarezervovala^[18] kvůli snímkování své výškové letadlo WB-57^[19] a navíc se v průběžném operačním plánu FAA^[20] objevilo avízo plánovaného letu 10. dubna včetně záložních termínů 11. a 12. dubna.^[21] FAA však záhy sdělila, že by uvedení data startu v plánu "nemělo být interpretováno jako známka toho, že bylo rozhodnuto o vydání licence nebo že se tak stane".^[22] Již 6. dubna SpaceX i FAA posunuly očekávaný termín startu na týden od 17. dubna^[23][24] a k němu směrovaly i další indicie v týdnu od 10. dubna, např. omezení provozu na státní silnici Highway 4 v oblasti kosmodromu,^[25] vydané 13. dubna, nebo o den později zveřejněné vyhlášení Pobřežní stráže USA o omezeních námořního provozu v oblasti na východ od základny Starbase.^[26] A 14. dubna ve večerních hodinách byla konečně vydána také licence FAA k provedení letu.^[27][28] SpaceX pak oznámila, že startovní okno 17. dubna bude otevřené od 12:00 UTC do 14:30 UTC.^[29][30][31]

Pokud jde o prototypy připravované na první testovací let, po úspěšném přistání prototypu Starship SN15 v květnu 2021 se očekávalo, že volba padne na urychlovací stupeň označovaný jako Booster 4 a Starship se sériovým číslem 20 (SN20),^[32] které byly v srpnu 2021 jako první spojeny na startovací rampě.^[33] Elon Musk ale v březnu 2022 oznámil, že k letu použity budou nové prototypy^[34] a později bylo upřesněno, že půjde o Starship SN24 (Ship 24) a Booster 7.

Booster 7 procházel po celé jako, léto a podzim 2022 postupnou montáží a testováním všech komponent, přičemž 11. července došlo k neplánované detonaci pod tryskami, která ale nenapáchala významnější škody.^[35] Starship 24 si slabší chvilku dopřála 8. září 2022 při osmisekundové statické zkoušce všech šesti motorů, při níž bylo poškozeno nebo zničeno 30 z jejích 25 tisíc keramických dlaždic tepelné ochrany pro přistání.^[36]

Po opravách a dalších testech byla na startovní rampě 11. října 2022 loď Starship poprvé usazena na svůj urychlovací stupeň. Další práce pak ve výrobním zařízení pokračovaly až do začátku nového roku a po nich týmy 24. ledna 2023 na startovní rampě provedly klíčovou závěrečnou prověrku připravenosti celé sestavy k letu, tzv. zkoušku mokrých šatů (wet dress rehearsal), při níž se provádějí všechny předstartovní přípravy včetně natankování nádrží s pohonnými hmotami.^[37][38] Booster 7 bez usazené lodi Starship pak 9. února 2023 absolvoval společný desetivteřinový zážeh všech svých 33 motorů – zkouška byla označena za úspěšnou, i když jeden z motorů byl těsně před zkouškou vyřazen z provozu a další se během chodu předčasně vypnul.^[39][40] Booster 7 pak byl 1. dubna 2023 definitivně usazen na startovní rampu a o dva dny později podroben testu čerpání paliva.^[41] Za další tři dny na něj byla doplněna také loď Starship,^[42] kterou ovšem technici 11. dubna ještě jednou sejmuli, aby vedle rampy prováděli dokončovací práce, např. instalaci a nastavení pyrotechnických náloží systému ukončení letu pro případ nesprávného průběhu startu.^[43] K jejímu opětovnému usazení na Booster po dokončení prací došlo 15. dubna (video^[7]).

První pokus o start se uskutečnil 17. dubna 2023. Týmy se nejprve soustředily na 13:00 UTC,^[44] poté během čerpání paliva posunuly cílový čas na 13:20 UTC,^[45] ale nakonec se během startovní sekvence projevila jediná závada, která ovšem první pokus o start překazila. Zamrzlý ventil tlakového systému^[46] způsobil, že start byl devět minut před plánovaným startem zrušen. Vedení mise se ale rozhodlo využít jinak zcela připravené a plně natankované rakety k testu dalších kroků směřujících ke startu, což by mohlo odhalit případné další závady. Předstartovní příprava se tak fakticky změnila ve „zkoušku mokrých šatů“ (wet dress rehearsal) a bez zjištění dalších potíží skončila 40 sekund před zážehem motorů. Další pokus se uskuteční nejdříve za 48 hodin.^[47] Také Elon Musk krátce po ukončení odpočítávání informoval, že nový test se uskuteční během několika dní.^[48] Společnost o půl dne později oznámila, že další pokus o start se uskuteční 20. dubna, startovní okno bude otevřeno od 13:28 UTC do 14:30 UTC.^[49]

Další pokus cílil na předem stanovený termín 20. dubna 2023 v 13:28. Po normálním průběhu předstartovní přípravy se v čase T minus 15 sekund zastavil odpočet kvůli dodatečnému prověření připravenosti ke startu. Po opětovném spuštění odpočtu nosič Booster 7 s lodí Starship S24 odstartoval ve 13:33:08 UTC,^[50] po opuštění rampy však 4 ze 33 motorů Raptor selhávaly. Kromě toho explodovala hydraulická jednotka HPU, součást systému umožňujícího naklánění 13 středových motorů, a tím i řízení letu. Výbuch nejspíš způsobil výpadek dvou motorů ve vnějším prstenci,^[51] takže 1 minutu a 17 sekund po startu nefungovalo celkem 6 motorů. Přesto nosič s kosmickou lodí překonal okamžik maximálního dynamického namáhání konstrukce a podle údajů společnosti SpaceX po dvou minutách letu vystoupal do výšky asi 39 kilometrů a dosáhl přitom rychlosti přes 1 800 km/h.^[52] Protože všechny nefunkční motory byly na stejné polovině prvního stupně, byl jeho tah nevyvážený. Navíc se těžiště posouvalo vzhůru, dál a dál od motorů, protože většina pohonných látek v prvním stupni již byla spotřebována, což řízení letu dále komplikovalo.^[51] Zkázu dokonala po 2 minutách a 10 sekundách letu skutečnost, že nedošlo k plánovanému oddělení obou startujících součástí a sestava se začala nekontrolovaně rotovat. Systémem ukončení letu byl aktivován už po začátku nekontrolovatelné rotace, ale nezafungoval.^[53] Po 3 minutách a 59 sekundách sestava explodovala.^[54][55]

Na fotografiích a videích zveřejněných po skončení letu byly zřetelně viditelné značné škody pod startovací lavicí a různá poškození na místě startu a okolní infrastruktuře včetně nedaleko stojících nádrží, z nichž byly do nádrží rakety před startem čerpány pohonné látky.^{[56][57][58][59]} Na některých videích byly zachyceny i velké kusy odletujících trosek podkladu rampy.^[60] Skutečný rozsah ani příčiny poškození prozatím nebyly společností SpaceX souhrnně komentovány. Média informovala o zjištění spadu částic z nehody "na míle daleko"^{[61][62][63][64]} a rozbitá okna byla nahlášena až z města Port Isabel, celých 10 kilometrů severně od startovní rampy.^[62]

Zakladatel SpaceX Elon Musk po krátkém letu konstatoval, že tým získal mnohá ponaučení pro další let, který se uskuteční během několika měsíců.^[65] Pozitivně testovací let ohodnotili také administrátor NASA Bill Nelson,^[66] nebo generální ředitel ESA Josef Aschbacher.^[67]

FAA výsledek startovního pokusu ohodnotil prohlášením, že bude dohlížet na vyšetřování nehody a další lety budou možné, až FAA rozhodne, že žádný systém, proces nebo postup související s nehodou nemá vliv na veřejnou bezpečnost.^[68]

Elon Musk na Twitteru den po neúspěšném startu uvedl: "Před třemi měsíci jsme začali stavět masivní ocelovou desku s vodním chlazením, která bude umístěna pod startovací lavicí. Nebyla včas hotová a my jsme se na základě údajů o statickém zážehu mylně domnívali, že vysoce odolný beton Fondag jeden start vydrží. Vypadá to, že za 1 až 2 měsíce můžeme být připraveni k dalšímu startu.^[69]

Správa USA pro ochranu ryb, volně žijících živočichů a planě rostoucích rostlin (U.S. Fish and Wildlife Service^[70]) po startovním pokusu oznámila, že trosky nosiče SuperHeavy kosmické lodi Starship pokryly 385 akrů (asi 1,5 čtverečního kilometru) půdy patřící státnímu parku Boca Chica a společnosti SpaceX. Jižně od rampy ve státním parku byl také nalezen požár na zhruba 3,5 akrech (asi 1,4 hektaru). Nebyla však nalezena žádná mrtvá těla zabitých divokých zvířat. Z oblaku práškového betonu, který vznikl při startu, se materiál ukládal na povrch až 6,5 míle (asi 10,5 kilometru) severozápadně od startovní rampy.^[71]

Deset dní po startu Elon Musk podrobněji rozebral jednotlivá zjištění týkající se startu, řízení i autodestrukce lodi a budoucích plánů.^[72][73] Potřebný čas k přípravě na druhý pokus odhadl na 6 až 8 týdnů.^[74]

SpaceX ale až 15. srpna 2023 předložila FAA výsledky svého šetření příčin neúspěchu prvního letu a návrh – částečně již provedených – opatření, jak se při druhém letu dobrat lepšího výsledku.^[75]

FAA oznámil závěry svého vyšetřování 8. září 2023 – nalezl „více hlavních příčin“ selhání prvního startovního pokusu, které ale nezveřejní, protože jde o informace podléhající právní ochraně. Úřad také stanovil 63 nápravných opatření, která musí SpaceX před dalším startem provést, než uskuteční další lety.^[76]

SpaceX v samostatné reakci^[77] ve stejný den uvedla, že "únik pohonné hmoty na spodním konci boosteru Super Heavy způsobil požáry, které přerušily spojení s primárním letovým počítačem, což vedlo ke ztrátě komunikace s většinou motorů a nakonec i ke ztrátě kontroly nad celou sestavou."^[78]

• Starship (SpaceX)

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Starship Integrated Flight Test na Wikimedia Commons
• Oficiální video SpaceX s vysvětlením plánovaného letu
• Stránka projektu Starship na webu SpaceX
• Video ze startu a zničení sestavy – 20. dubna 2023
• Sestřih různých videí ze startu – 20. dubna 2023
• Video ze startu a zničení sestavy z nedaleko letícího letadla – 20. dubna 2023
• Video s přehledem poškození startovní infrrastruktury