SpaceX sa v priebehu rokov stal najznámejšou súkromnou spoločnosť, ktorej sa podarilo dosiahnuť ohromné úspechy pri vesmírnych misiách a vývoji znovu použiteľných rakiet. Všetko to začalo ešte vývojom Falconu 1.

Išlo o prvú raketu spoločnosti, ktorá na nej pracovala v rokoch 2005 až 2009 a v roku 2008 sa stala prvou raketou súkromnej firmy, ktorá vyletela na orbitu Zeme. Do tej doby lietali oficiálne len rakety a raketoplány vesmírnych agentúr.

Začalo to Falconom 1

Po piatich letoch na orbitu bol však Falcon 1 vyradený a jeho miesto nahradil Falcon 9, ktorý je v porovnaní s prvou raketou spoločnosti omnoho väčší. Kým Falcon 1 mal na výšku iba 21 metrov a v priemere 1,7 metra, vážil 28 ton a dokázal vyniesť 450-kilogramový náklad, jeho nástupca pokročil vo všetkých smeroch. Prvá verzia Falcon v1.0 bola o takmer 34 metrov vyššia, o 2 metre širšia a vážila až 333 ton.

Postupom času však SpaceX svoju novú raketu upravoval a vylepšoval, pričom dnes má k dispozícii až 70 metrov vysoký Falcon 9 o šírke 3,7 m s hmotnosťou 549 ton. Práve vylepšený Falcon 9 sa stal pre spoločnosť kľúčom k úspechu, ktorý dosiahla vynášaním satelitov do vesmíru. Znovu využiteľná raketa totiž výrazne znížila náklady na takéto misie a vďaka tomu sa SpaceX stal stredobodom pozornosti.

Rakety spoločnosti SpaceX. Zdroj: Wikipedia

Spolupracovať s ním začala aj samotná NASA, výsledkom čoho bol úspešný let prvej ľudskej posádky, ktorú do vesmíru vyniesol práve Falcon 9 a modul Crew Dragon. Táto raketa tak zohrala v histórii spoločnosti najdôležitejšiu rolu. Samozrejme, nešlo vždy všetko hladko. Došlo aj k niekoľkým nehodám, kedy napríklad vybuchol Falcon 9 priamo na rampe.

Dodnes však táto raketa uskutočnila až 85 letov, 46 pristátí a 32 opätovných vzlietnutí do vesmíru. SpaceX tak musel pri jej vývoji čeliť mnohým výzvam aj v oblasti riadenia rakety počas letu. V tomto smere sa odlíšil od iných a priniesol vlastné riešenia, ktoré využíval vo všetkých raketách a moduloch. Poďme sa však pozrieť najprv na to, z čoho sa svetoznámy Falcon 9 skladá.

Čo tvorí Falcon 9?

Samotnú raketu tvoria dva stupne poháňané motormi Merlin, ktoré boli využité ešte aj vo Falcone 1. Vďaka nim dokáže raketa vyniesť na nižšiu orbitu takmer 23-tonový náklad. Prvý stupeň rakety je vybavený celkovo až 9 motormi Merlin, ktoré sú využité pri lete do vesmíru, ale aj návrate späť na zem. Takáto zostava motorov pritom dokáže vytvoriť ťah až 7 607 kN a vo vákuu 8 227 kN. Motory Merlin pri lete využívajú ako palivo tekutý dusík a vysokokvalitný petrolej (kerozín).

SpaceX

Práve 1. stupeň, alebo tiež booster, je pre spoločnosť najdôležitejší. Jeho výroba je omnoho nákladnejšia, a preto ho chce SpaceX po úspešnej misii dostať späť na Zem, kde pristáva po novom na dronových lodiach.

Druhý stupeň Falconu 9 je vybavený len jediným motorom Merlin s ťahom 845 kN po štarte a 981 kN vo vákuu, ktorý však môže byť využitý počas letu viackrát, aby dostal náklad na potrebné orbitálne dráhy.

SpaceX

Prvý a druhý stupeň rakety je potom spojený medzistupňom, ktorý zabezpečuje správne oddelenie jednotlivých stupňov počas letu. Na vrchole Falconu 9 potom je umiestnený nos s nákladom, ktorým bývajú najmä satelity, alebo modul Dragon pre vynášanie nákladu či modul Crew Dragon pre ľudskú posádku. Najčastejšie sme pritom svedkami misií, kedy SpaceX vynáša na orbitu vlastné satelity Starlink. Všetky detaily o týchto satelitoch nájdeš v samostatnom článku.

Historické momenty spoločnosti

Z historického pohľadu sa SpaceX opäť zapísal do dejín po štarte Falconu 1 neskôr v roku 2012, kedy sa na ISS pripojil modul Dragon ako prvý modul od súkromnej spoločnosti. Ďalší významný moment nastal v roku 2015, kedy sa podarilo prvé pristátie prvého stupňa po vynesení 11 satelitov.

SpaceX

Vtedy ešte pristával prvý stupeň na pevnej zemi, no o rok neskôr sa mu podarilo pristáť prvýkrát aj na dronovej lodi Of Course I Still Love You. Až v roku 2017 sa však spoločnosti podarilo opätovne využiť prvý stupeň počas misie, kedy sa druhýkrát úspešne vrátil na Zem. O rok neskôr sme boli svedkami aj prvého štartu rakety Falcon Heavy, ktorú v podstate tvorila trojica rakiet Falcon 9 s 27 motormi Merlin.

raketa Falcon Heavy
SpaceX

Na palube sa vtedy nachádzal aj elektromobil Tesla Roadster. Na Zem sa úspešne vrátili 2 z 3 boosterov. Predzvesťou prvého letu astronautov do vesmíru pod záštitou SpaceX bol let modulu Crew Dragon na ISS minulý rok, kedy sa tento modul stal prvým súkromným modulom, ktorý sa autonómne pripojil k stanici. Pre pár týždňami sa scenár zopakoval, no tentokrát už aj s posádkou na palube. Bližšie sme sa tomuto letu venovali v samostatnom článku.

Aký softvér SpaceX využíva?

Pri vývoji rakety a modulov pre lety do vesmíru ale musí SpaceX prekonávať viacero náročných výziev. Správne riadenie, softvér a výpočtová technika je pre úspešný let nevyhnutnosťou. Detailné vysvetlenie tejto problematiky priniesol vo videu aj YouTube kanál Simply Explained a ďalšie množstvo informácií zverejnili aj samotní programátori na diskusnom fóre Reddit.

V prípade aj najmenšieho zlyhania by mohlo dôjsť k obrovskej katastrofe. Spoločnosť sa však pri vývoji a programovaní spolieha na jediný operačný systém. Programátori spoločnosti, počítače, ktoré využívajú, ale aj raketa Falcon 9 a jej moduly bežia na vlastnej distribúcii Linuxu s upraveným kernelom. Aplikácia jediného systému pri vývoji, programovaní a riadení rakety, modulov a počítačov prináša mnoho výhod a zjednodušuje celý proces.

SpaceX (Úprava redakcie)

Pri programovaní je využívaný programovací jazyk C++, ktorý je stále dobre rozšírený a ovláda ho množstvo ľudí. Pre vizualizáciu telemetrie rakety alebo modulu počas letu využíva SpaceX LabView, proprietárny softvér pre vytváranie vizualizačného prostredia pomocou grafického programovacieho jazyka „G“ (nie G-kód, pozn. redakcie).

Pomocou tohto softvéru inžinieri dohliadajú na dôležitú metriku počas letov. Okrem toho sa programátori spoliehajú aj na ďalšie open-source programy ako Das U-Boot, Buildroot a MUSL. V prípade ovládacieho prostredia modulu Crew Dragon bolo využité jadro Chromium (beží na ňom aj Google Chrome a Microsoft Edge, pozn. redakcie) a Java-Script.

Efektívna a rýchla oprava problémov

Zaujímavosťou však je, že SpaceX sa snaží využívať čo najviac zdrojových kódov ako pri raketách, tak aj jednotlivých moduloch. Tento spôsob opäť prináša viacero výhod, no jednou z najväčších je najmä oprava chýb. Pokiaľ programátori napravia problém v kóde napríklad pre Falcon 9, automaticky je opravený aj pre Falcon Heavy a moduly Dragon. Spoločnosť sleduje počas letov každý dôležitý detail a zaznamenáva všetky potrebné údaje, ktoré sú zbierané softvérom.

Ten následne v prípade potreby upozorní na vzniknutý problém. Chyby sú následne spojené s konkrétnou verziou softvéru, ktorá bola v tom čase využitá. SpaceX tak môže rýchlo a efektívne identifikovať problém v kódoch a opraviť ho. Celý proces programovania a testovania zahŕňa aj detailnú simuláciu letu, pri ktorej môžu inžinieri odhaliť potencionálne problémy ešte skôr. Nezrovnalosti pri výpočtoch počas letu však odhaľuje aj samotný hardvér.

Lety riadia desiatky procesorov

V prípade iných rakiet sa zväčša využívajú drahé komponenty odolné voči radiácii, no SpaceX nemusí využívať takéto špeciálne čipy. NASA totiž striktne nevyžaduje, aby sa spoločnosť spoliehala na takýto hardvér, a tak je možné využiť aj lacnejšie čipy. Tie je ale nutné podrobiť detailnému výskumu, aby sa odhalilo, aký dopad bude mať na ich fungovanie radiácia vo vesmíre.

SpaceX využíva v module Dragon trojicu x86 procesorov s 2 jadrami, na ktorých bežia výpočty a výsledky jednotlivých procesov sú následne porovnávané. Modul Crew Dragon však bol vybavený 4-jadrovými procesormi. Celkovo má Dragon 18 takýchto systémov, ktoré sú spolu vybavené až 54 procesormi. Falcon 9 pritom ešte v roku 2012 obsahoval 30 takýchto procesorov.

Tri sú určené pre každý z motorov Merlin a ďalšia trojica je v hlavnom počítači rakety, no postupom času mohol SpaceX túto hardvérovú výbavu rozšíriť o ďalšie procesory pre ešte presnejšie a efektívnejšie riadenie a výpočty.

Jumpstory

Pokiaľ je výsledok výpočtu rovnaký po všetkých kalkuláciách, spustí sa ďalšia úloha, avšak, ak je výsledok výpočtu v niektorom z procesorov odlišný, celý výpočet beží odznova a pôvodné výsledky sú odstránené. Týmto spôsobom tak mohli inžinieri zabrániť rozdielnym výpočtom, ktoré by spôsobili problémy počas letu, kedy by mohlo dôjsť napríklad k zmene trajektórie rakety a inej katastrofe. Využité procesory a všetká elektronika však musí zvládať dávky radiácie.

Práve radiácia môže spôsobiť jav, tzv. „bit flip“, kedy dôjde vplyvom vysokoenergetickej častice k zmene hodnoty bitu v procesore alebo pamäti. Takáto zmena potom môže viesť k úplne odlišnému výsledku pri výpočte, čo však SpaceX vyriešil spomínanou trojicou procesorov a porovnávaním ich výsledkov.

Pokiaľ by aj došlo počas letu vo vesmíre k takejto situácii, zasiahnutý hardvér s chybným výsledkom výpočtu je automaticky reštartovaný, pri synchronizácii skopíruje úlohy ostatných počítačov a spustí výpočet znova.

Stuart Rankin / Flickr

Vďaka takémuto porovnaniu výpočtov sa môže SpaceX vyhnúť počas letu problémom, ktoré by mali vážne následky, a zároveň s využitím dostupnejších komponentov tiež znížiť cenu výpočtového hardvéru vo svojich raketách a moduloch.

Získava tým obrovskú výhodu voči konkurencii, nakoľko zatiaľ žiadna spoločnosť nepriniesla tak efektívne a zároveň dostupné riešenie ako SpaceX. Cenám a porovnaniu vývoja modulu Crew Dragon sme sa venovali v samostatnom článku.

Pošli nám TIP na článok



Vesmír a veda