Plným metanem vpřed! Které rakety nové generace počítají s využitím metanu?

První pokus o dosažení oběžné dráhy pomocí rakety s motory využívajícími metan si připsala Čína – přesněji řečeno tamní soukromá společnost LandSpace, která vyvinula a 14. prosince 2022 vypustila raketu Zhuque-2 (Ču-čchüe). Nosič střední třídy, schopný dopravit na oběžnou dráhu asi 4 000 kg nákladu, má startovací hmotnost 216 tun. V prvním stupni využívá kvarteto motorů TQ-12, ve druhém má jeden TQ-12 a jeden TQ-11 zhruba s desetinovým tahem, sloužící k řízení letu. A právě ten raketu při její premiéře zradil: Vypnul se předčasně, takže Zhuque-2 nedosáhla oběžné rychlosti. 

K úspěšnému reparátu došlo o půl roku později – 11. července 2023 již Zhuque-2 dosáhla zemské orbity, byť do vesmíru nevynášela žádný náklad. Třetí start rakety Zhuque-2 se uskutečnil 8. prosince 2023 a tentokrát šlo o let s plnou náloží. Raketa na oběžnou vynesla tři satelity – Honghu, Honghu-2 a Tianyi-33, všechny vyvinuté čínskou společností Spacety Aerospace Co. 

Před LandSpace se tak rýsuje zajímavá budoucnost, neboť v její továrně může vznikat až 15 nosičů a 200 raketových motorů ročně. Výhledově se počítá i s opakovaným použitím raket, respektive prvních stupňů, které mají přistávat podobně jako jejich protějšky u Falconu 9.

Loni bylo poněkud překvapivě oznámeno, že na metan hodlá do budoucna spoléhat také obří nosič CZ-9. Dosud jsme ho znali jako lunární raketu s kapacitou přes 140 tun nákladu na nízkou dráhu, jež měla před koncem dekády dopravit čínské kosmonauty na Měsíc. Nově však padlo rozhodnutí, že doposud preferovaný kerosin nahradí v prvním stupni právě metan a že bude zmíněný stupeň použitelný opakovaně. Jinými slovy: Ve světle aktuálního vývoje se koncepce CZ-9 naprosto zásadně mění, takže začíná víc připomínat Starship Elona Muska. Let Číňanů na Měsíc má prozatím zajistit dvojice raket CZ-5DY, ale to už je poněkud jiný příběh.

Zůstaňme ovšem ještě chvíli v Asii: Indie oznámila, že i její nosič budoucí generace NGLV alias Next Generation Launch Vehicle s očekávanou premiérou v roce 2030 má jako palivo využívat metan. Raketa přitom poslouží mimo jiné k vypuštění indické kosmické stanice. Japonská soukromá firma Interstellar Technologies zase hodlá využívat svůj nosič Zero, který také spoléhá na metan. První let je aktuálně plánován na rok 2025.

Raketa z tiskárny

Loni v březnu se uskutečnil první a zároveň jediný start amerického Terranu 1, když raketa nedosáhla oběžné dráhy kvůli selhání druhého stupně. Po tomto demonstračním pokusu společnost Relativity Space ukončila vývoj Terranu 1 a plně se soustředí na vývoj větší a opakovaně použitelné verze Terran R. Start tohoto nosiče by se mohl uskutečnit v roce 2024 a jeho cílem má být Mars, kam má dopravit družici a lander společnosti Impulse. Šanci kontrakt naplnit má Relativity Space do roku 2029.

Kromě využití metanu v obou stupních je na ní zajímavé i nebývalé uplatnění 3D tisku. Zmíněná technologie se ohromně rozšířila v mnoha oblastech, ale společnost Relativity Space na ni doslova přísahá: Aktuálně její pomocí vyrábí 90 % nosiče a do budoucna chce dosáhnout 99 %. Klesl by tak podíl drahé lidské práce, zvýšila by se spolehlivost i kvalita a zároveň by se dramaticky zlevnila doprava nákladu na orbitu. Firma prý dokáže 3D tiskem vyrábět hardware stokrát levněji než klasickými postupy a ze základního materiálu zvládne kompletní raketu „vytisknout“ za méně než 60 dní. 

Vypusť a zapomeň

Mnohem sledovanějším startem byla první mise rakety Vulcan Centaur, která má nahradit někdejší tažné koně americké kosmonautiky Atlas V a Deltu IV. V příštích letech by měla létat až 25krát ročně, a vytvořit tak skutečnou konkurenci Falconu 9. První stupeň Vulcanu přitom využívá dvojici motorů BE-4 spalujících právě kapalný kyslík a metan. Původně měl nosič odstartovat už v roce 2019, ale problémy s motory celý program výrazně zpozdily. Svou velkou premiéru si tak raketa odbyla až tento týden. 

Motory BE dodává firma Blue Origin a sedm kusů má pohánět i první stupeň její rakety New Glenn, s níž se aktuálně počítá od roku 2024. Jenže právě uplatnění na dvou různých nosičích znamenalo při vývoji kámen úrazu: Přestože se do budoucna uvažuje o záchraně motorové sekce, má Vulcan představovat jednorázově použitelnou raketu, zatímco New Glenn by měl startovat opakovaně. Motory tedy musejí zvládat vícenásobný zážeh i během jedné mise, musejí být dostatečně předimenzované k opakovanému použití a umožňovat snadný servis. Koncepce Vulcanu by se naopak dala shrnout slovy „vypusť a zapomeň“ a výše uvedené parametry jej v podstatě nezajímají.

Metanový Neutron

Také americko-novozélandská společnost Rocket Lab, která dnes provozuje velmi úspěšný malý nosič Electron, vyvíjí raketu s motorem na metan. Dostala název Neutron, má mít výšku 40 metrů a průměr 7 metrů, přičemž nabídne kapacitu až 15 tun v jednorázové verzi a 8 tun ve verzi opakovaně použitelné. Jednorázově po­užitelný druhý stupeň bude společně s nákladem skrytý ve špici stupně prvního. Po skončení jeho práce se špice otevře, podobně jako okvětní lístky tulipánu, a po vypuštění druhého stupně s nákladem se zas uzavře. První stupeň pak přistane poblíž místa startu a bude připraven na další misi. Premiéru Neutronu firma avizuje na letošní rok.

Sojuz 5 bez rampy

S metanovými nosiči počítá také Roskosmos. Ostatně, konstrukční kancelář KB Chimavtomatika ve Voroněži se zmíněnému typu pohonu věnovala už před třiceti lety a učinila několik technologických průlomů v jeho využití. Konečně i sám Musk přiznává, že jeho počáteční nedůvěru k metanu pomohly překonat právě ruské úspěchy. Zůstává tak ironií, že země, jež možnosti uplatnění metanu v kosmonautice pro ostatní otevřela, dnes figuruje v poli uživatelů hodně vzadu.

Každopádně Rusko slibuje start Sojuzu 5 (Irtyš) s motorem RD-171MV v prvním stupni, který by se měl uskutečnit na konci letošního, nebo v průběhu příštího roku. Raketa má mít startovací hmotnost 530 tun, výšku 61,8 metru, průměr 4,1 metru a nosnost 16 tun. Na rozdíl od řady jiných ruských kosmických projektů postupuje vše velmi rychle: Konstruktéři hlásí pokrok ve vývoji motorů, vzniká letový hardware, nechybějí finance a nejsou hlášeny žádné velké technické překážky. Přesto tu jeden malý háček je: Sojuz 5 aktuálně nemá odkud startovat. Žádná existující rampa mu nemůže poskytnout zázemí, a to nejen kvůli palivu, ale především pro jeho nestandardní rozměry. Počítá se s úpravou rampy 45 na Bajkonuru, která původně vznikla pro Zenit. Jenže přestavba ještě nezačala, a i kdyby se rozběhla hned, potrvá nejméně dva roky. Nad nosičem se tak vznáší nejeden otazník.

Evropa nezůstane pozadu

A nakonec ještě pojďme domů, do Evropy, kde se s raketami na metan rovněž počítá. U nového nosiče Vega-E jako Evolution, s očekávaným startem za dva roky, má druhý a třetí stupeň nahradit stupeň nový, spalující právě kapalný kyslík a metan. Kvalifikační zkoušky motoru M10 již běží a stejně tak ESA vyvíjí metanový motor Prometheus: Ten by měl nejprve najít využití v demonstrátoru Themis při testovacích skocích, a později na raketě Ariane Next coby nástupkyni připravované Ariane 6. Je tedy zřejmé, že se metan v následující dekádě stane alfou i omegou kosmických letů.