Grasshopper (raketa)

Grasshopper a Falcon 9 Reusable Development Vehicles (F9R Dev) byly experimentální technologické demonstrátory opakovaně použitelné rakety, které prováděly vertikální starty a přistání. Projekt byl financovaný ze soukromých zdrojů SpaceX bez finanční podpory státu. Vyrobeny byly dva prototypy a oba byly testovány za letu.

Grasshopper v1.0, září 2012

Grasshoper byl představen v roce 2011 a v roce 2012 začalo testování vznášení se a přistávání v malých výškách a malých rychlostech. Původní Grasshopper byl 32 metrů vysoký a v letech 2012 a 2013 vykonal osm úspěšných zkušebních letů. Druhá verze Grasshopperu byl větší a schopnější prototyp známý pod označením Falcon 9 Reusable Development Vehicle (F9R Dev, také jako F9R Dev1), který vznikl na základě Falconu 9 v1.1. Ten byl testován ve vyšších nadmořských výškách a nadzvukových rychlostech a stejně jako předchozí verze i v malých výškách. F9R Dev1 byl postaven v letech 2013-2014 a jeho první testovací let v malé výšce proběhl 17. dubna 2014. Dne 22. srpna 2014 došlo při testování v McGregoru k nehodě a prototyp byl zničen.^[1]

Testy Grasshopperu a F9R Dev byly zásadní pro vývoj opakovatelně použitelného Falconu 9 a Falconu Heavy. Ty jsou navržené pro vertikální motorické přistání prvního stupně, v případě Falconu Heavy všech tří prvních stupňů. Od září 2013 se začalo s pokusným přistáváním Falconu 9 při komerčních letech. Nejdříve se jednalo o pokusná přistání na mořskou hladinu, která přešla v pokusy o přistání na autonomní plovoucí plošinu ASDS. První úspěšné přistání prvního stupně Falconu 9 proběhlo 21. prosince 2015 při pokusu o přistání na pevnině.

Historie

Grasshopper provádí let do výšky 325 metrů.

Grasshopper se stal veřejnosti známý ve třetím čtvrtletí roku 2011, kdy o něm poprvé napsali novináři v souvislosti s analýzou Federal Aviation Administration.

Krátce poté SpaceX potvrdila existenci testovacího zařízení s tím, že předpokládá začátek letových zkoušek v roce 2012.^[2][3]

Ve veřejných informacích z roku 2011 je uvedeno, že k podzvukovým testům mělo dojít v McGregoru ve třech fázích. Postupně od výšky 200 metrů a doby letu 45 sekund do výšky 3510 metrů a době letu 160 sekund. V době začátku testování se očekávalo trvání testování na tři roky a počáteční povolení FAA umožňovalo až 70 suborbitálních letů za rok.^[4] Jako součást programu byla postavena betonová odpalovací plocha o velikosti půl akru. V září 2012 SpaceX oznámila, že požádali FAA o schválení zvýšení nadmořské výšky některých prvních testovacích letů.^[5] V listopadu 2012 Elon Musk řekl: „V průběhu několika dalších měsíců budeme postupně navyšovat výšku i rychlost. ... Myslím, že po cestě asi budou nějaké krátery, budeme mít veliké štěstí, když žádné krátery nebudou. Vertikální přistávání je velmi důležitý průlom - extrémně rychlé opětovné použití.“^[6]

Letové zkoušky Grasshopperu

Nejprve přišly zkoušky vertikálního vzletu a přistání Grasshopperu postaveného na základě prvního stupně Falconu 9 v1.0. Vykonáno bylo celkem osm zkušebních letů mezi zářím 2012 a říjnem 2013.^[7] Všech osm letů bylo na zkušebním zařízení v McGregoru.

Grasshopper začal letové zkoušky v září 2012 krátkým tří sekundovým poskočením, následované druhým v listopadu 2012, které trvalo osm sekund a bylo do výšky 5,4 metru. Třetí let se uskutečnil v prosinci 2012, prodloužen byl o vznášení se a trval 29 sekund. Grasshopper vystoupil při tomto letu do výšky 40 metrů.^[8] Osmý a poslední zkušební let proběhl 7. října 2013 do výšky 744 metru.^[9]

Podle prvotního povolení FAA byly letové zkoušky v Texasu omezeny maximální nadmořskou výškou 760 metrů.^[10]

Test	Datum	Dosažená výška	Délka trvaní	Poznámky
1	21. 9. 2012[11]	1,8 m	3 s	Krátké poskočení s téměř prázdnou nádrží.[12]
2	1. 11. 2012[13]	5,4 m	8 s
3	17. 12. 2012[14]	40 m	29 s
4	7.3. 2013[15]	80 m[16]	34 s	Přistávací poměr tahu ku hmotnosti větší než jedna.[17]
5	17. 4. 2013[18]	250 m	61 s [zdroj?]	Prokázání schopnosti udržet stabilitu ve větru.[19]
6	14. 6. 2013[20]	325 m	68 s[21]	Otestování nových navigačních snímačů potřebných pro přesné přistávání Falconu 9.[22]
7	13. 8. 2013[23]	250 m	60 s	Úspěšné provedení letu, kdy se Grasshopper horizontálně vzdálil 100 metrů a potom se vrátil.
8	7. 10. 2013[24]	744 m[25]	79 s[26]	Konečný test Grasshopperu.

Elon Musk uvedl, že Grasshopper by mohl přistát na zemi s přesností helikoptéry.^[27]

Letové zkoušky F9R Dev1

Falcon 9 Reusable Development Vehicle (F9R Dev) byl zveřejněn v říjnu 2012. F9R Dev1 byl původně pojmenován, od konce roku 2012 do začátku roku 2014, jako Grasshopper v1.1. V březnu 2013 Musk řekl, že SpaceX doufala, že dosáhne hypersonické rychlosti do konce roku 2013.^[28] V březnu 2013 bylo oznámeno, že druhá verze Grasshopperu bude vyrobena z prvního stupně Falconu 9 v1.1, který byl použit pro kvalifikační testování ve Vývojovém a testovacím zařízení SpaceX.^[29]

V roce 2014 FAA povolila zvýšení výšky letů na 3000 m pro testování F9R Dev McGregoru, kde měl první Grasshopper omezení 760 metrů.

F9R Dev1 byl postaven na mnohem delším prvním stupni Falconu 9 v1.1 se zatahovacíma přistávacíma nohama.

SpaceX provedla krátké statické pozemní zkoušky 28. března 2014 a první let do výšky 250 metrů přišel 17. dubna 2014.^[30][31] Pátý let F9R Dev1, který proběhl 22. srpna 2014, byl jeho posledním.^[32][33] Anomální data se snímačů při jeho vzestupu aktivovala systém ukončení letu s následným zničením stroje. Nebyla hlášena žádná zranění a zástupce FAA byl při zkoušce přítomen. Video z nehody zveřejnila CBS a několik snímků z nehody bylo zveřejněno na sociálních sítích.^[34]

Test	Datum	Dosažená výška	Poznámky
1	17. 4. 2014	250 m	Vznášel se, let do boku, úspěšně přistál.
2	1. 5. 2014	1 000 m[35]	Vznášel se, let do boku, úspěšně přistál.[36]
3	17. 6. 2014	1 000 m[37]	První zkušební let s roštovými kormidly
4	1. 8. 2014[38]
5	22. 8. 2014		Zařízení explodovalo po zaznamenání anomálie, která zapříčinila odchýlení F9R Dev1 z plánované dráhy letu. Nikdo nebyl zraněn.[39] Nehodu způsobil zablokovaný snímač, který na testovacím zařízení nebyl zálohován. Na letových kusech Falconu 9 zálohován je.[40]

Zrušený F9R Dev2

V květnu 2013 bylo oznámeno, že lety do vyšších výšek a vyššími rychlostmi boudou prováděné na Spaceport America a ne na sousední White Sands Missile Range, jak bylo původně plánováno^[41] a SpaceX podepsala tříletý pronájem pozemků a zařízení kosmodromu.^[42]

V květnu 2013 začala SpaceX budovat plochu 30 na 30 metrů na Spaceport America.^[43]

Třetí testovací zařízení, F9R Dev2, mělo být původně určeno pouze pro lety do velkých výšek na Spaceport America^[44] a to do výšek až 91 kilometru. V září 2014, po zničení F9R Dev1, SpaceX změnila své plány. Takže F9R Dev2 měl létat v McGregoru do malých výšek. Počáteční povolení FAA k testování F9R Dev trvalo v McGregoru až do února 2015.^[45] Dne 19. února 2015 SpaceX oznámila, že F9R Dev2 bude zrušen.^[46]

Popis konstrukce

Konstrukce Grasshopperu

Grasshopper se skládal z prvního stupně Falconu 9 v1.0 s jedním motorem Merlin-1D. Byl vysoký 32 metrů a měl pevně přidělané nohy.

Konstrukce F9R Dev1

F9R Dev1 byl postaven na prvním stupni Falconu 9 v1.1. Byl vysoký 49 metrů, takže téměř o 50 % vyšší, než původní Grasshopper. Přistávací nohy byly skládací, s teleskopickým pístem v A rámu. Celkové rozpětí noh bylo 18 metrů a hmotnost menší než 2100 kg. Systém rozkládání nohou používal stlačené helium.^[47] Nohy měli nižší hmotnost, než u prvního Grasshopperu a prostor motoru byl také jiný.^[48]

F9R Dev1 vzlétal za použití tří motorů a přistával za použití jednoho. Původní Grasshopper měl pouze jeden motor Merlin-1D.

Testy přistání Falconu 9

První stupeň Falconu 9 při přistání na ASDS, druhý stupeň pokračoval na oběžnou dráhu s CRS-6. Přistávací nohy jsou uprostřed rozkládání.

V roce 2013 se SpaceX přesunula k testování přistání prvního stupně v rámci komerčních misí Falconu 9. V březnu 2013 SpaceX oznámila, že počínaje prvním letem prodloužené verze Falconu 9 bude každý první stupeň vybaven pro řízený sestup.^[49] SpaceX provedla řadu pokusů o přistání na mořskou hladinu a poté i na ASDS (plovoucí plošinu). Žádný pokus nebyl zcela úspěšný.

První úspěšné přistání prvního stupně Falconu 9 se uskutečnilo 21. prosince 2015, při pokusu o přistání na pevninu, při dvacátém letu Falconu 9.^[50][51][52]

Falcon 9 bezprostředně před přistáním na přistávací zóně 1