Orbitálne tankovanie lodí Starship je kľúčové pre lety na Mesiac, aj na Mars

SpaceX má zmluvu s NASA na dodávku dvoch lodí Starship na prvé dve pristátia astronautov na Mesiaci v rámci programu Artemis. Prvé z nich by sa malo uskutočniť pri misii Artemis III, v súčasnosti plánovanej na rok 2026. Všeobecne sa to považuje za ambiciózny plán, ale nezabúdajme, že počas vlády Donalda Trumpa sa pristátie na Mesiaci plánovalo už na rok 2024.

Ide o náročný projekt aj preto, že na rozdiel od misií Apollo budú mať astronauti k dispozícii oveľa ťažší pristávací modul, ktorý im umožní podstatne dlhší pobyt na Mesiaci. Okrem upravenej lode Starship na Human Landing System (HLS) chce mať NASA aj alternatívu. Blue Origin takisto získala kontrakt na vývoj lunárneho pristávacieho modulu Blue Moon na prepravu ľudí. V obidvoch prípadoch však bude potrebné zvládnuť technicky náročnú operáciu, ktorá sa doteraz nikdy neskúšala – tankovanie kryogénneho paliva na obežnej dráhe Zeme.

SpaceX má naplánovaný pokus o prvú demonštráciu rozsiahleho presunu pohonných hmôt (okrem metánu sa musí tankovať aj kvapalný kyslík) medzi dvoma loďami Starship na obežnej dráhe na budúci rok. Počas posledného testovacieho letu Starship v marci SpaceX testovala prenos kryogénneho paliva medzi dvoma nádržami vo vnútri lode. Táto demonštrácia umožní inžinierom dozvedieť sa viac o tom, ako sa kvapalina správa v prostredí s nízkou gravitáciou.

Štvrtý testovací štart Starship by sa mal uskutočniť ešte do konca mája. SpaceX sa pri ňom pokúsi simulovať pristátie boostra Super Heavy (SH) do mora v Mexickom zálive. Neskôr má SH má pristávať na štartovacej rampe v Texase. Ďalším cieľom bude pravdepodobne reštart jedného motora Raptor na Starship počas letu. To sa nepodarilo počas marcového letu kvôli neočakávanej rotácie lode. Opätovné spustenie motora na obežnej dráhe je predpokladom pre budúce lety na stabilnú vyššiu obežnú dráhu.

Tento graf ilustruje demonštráciu tankovania medzi loďami Starship spoločnosti SpaceX.

Na prvú demonštráciu tankovania v plnom rozsahu musí SpaceX vypustiť dve Starship do troch alebo štyroch týždňov za sebou. Najprv SpaceX vypustí loď, ktorá bude slúžiť ako cieľové vozidlo na nízkej obežnej dráhe Zeme. Táto loď bude mať rozšírený energetický systém a väčšiu kapacitu batérie, aby sa udržala vo vesmíre dostatočne dlho na vypustenie stíhacej lode Starship, ktorá bude hrať úlohu tankera na doplnenie paliva.

Obe lode zapojené do demonštrácie tankovania budú mať tiež tepelnú izoláciu a vákuové opláštenie okolo vnútorného potrubia, aby sa obmedzilo vyparovanie. Aktuálne chce SpaceX používať jednu štartovaciu rampu pre oba lety. V čase, keď budú NASA a SpaceX pripravené na pristátie na Mesiaci, niekoľko tankerov Starship vzlietne z najmenej dvoch štartovacích rámp, aby agregovali pohonné látky na zásobovanie Starship smerujúcej na Mesiac. SpaceX plánuje postaviť ďalšiu štartovaciu rampu na hviezdnej základni v Texase a najmenej ďalšie dve na floridskom kozmodróme.

Pred prvým pristátím Starship na Mesiaci s astronautmi musí SpaceX podľa zmluvy s NASA zvládnuť prenos paliva z lode na loď a nepilotované pristátie plnohodnotnej lode na mesačnom povrchu.

Dokovanie dvoch hviezdnych lodí spolu nebude ľahké. SpaceX však môže využiť svoje skúsenosti s letmi kozmických lodí Dragon na ISS, čo si vyžaduje mnoho rovnakých typov laserových navigačných senzorov a mechanických zariadení, aké budú potrebovať aj dokovacie stanice Starship.

Obe lode sa spoja pomocou rovnakých portov, aké SpaceX používa na čerpanie pohonných látok na štartovacej rampe. Potom SpaceX doladí tlaky v nádrži a náporové motory na usadzovanie paliva. Po prepojení budú zložky paliva – metán a kyslík – prúdiť z jedného vozidla do druhého poháňané rozdielom tlakov. Ide o jednoduchšie riešenie ako spoliehať sa na čerpadlá, ale technológiu je potrebné premyslieť. Pomalé vyhrievanie kryogénneho paliva v tankeri Starship by malo zvýšiť tlak v darcovskej nádrži, aby pomohol dostať metán alebo tekutý kyslík do nádrží príjemcu. SpaceX môže tiež upravovať tlaky pomocou hlavových nádrží v hornej časti každej lode. Celý prenos však treba zvládnuť bez toho, aby sa počas neho pohonné látky odparili.

Výsledky demonštrácie tankovania umožnia inžinierom zo SpaceX a NASA vyrátať, koľko tankerov na doplnenie paliva budú potrebovať na naplnenie Starship smerujúcej na Mesiac. Aktuálny odhad SpaceX je približne 10 štartov tankovania na jednu pristávaciu misiu Artemis.

Súčasná verzia Starship obsahuje približne 1 200 ton paliva, no SpaceX vyvíja väčšie verzie Starship na prepravu ťažšieho nákladu a väčšieho množstva paliva na obežnú dráhu. Tieto modernizované lode by mali znížiť počet tankerov potrebných na naplnenie Starship smerujúcej na Mesiac alebo na Mars. Kým sa podarí spoľahlivo zvládnuť technológiu tankovania na orbite, bude potrebné obrovské úsilie inžinierov a vedcov. Ale pri súčasných chemických pohonoch je to jediná cesta ako uskutočniť lety s posádkou do vzdialenejšieho vesmíru.