Kosmická loď, která se nepovedla: Miliardový souboj Boeingu se SpaceX dopadl jinak, než NASA čekala

A tak Goliáš získal v září 2014 kontrakt na 4,2 miliardy dolarů, kdežto David na 2,6 miliardy. Oba měli zajistit jednu bezpilotní misi, jednu demonstrační misi s astronauty a šest operačních letů s posádkou. Pokud vám rozdíl v kontraktech nepřijde nijak závratný, pak vězte, že zatímco Goliáš alias Boeing měl desítky let zkušeností s vývojem kosmické techniky včetně té pilotované, David neboli SpaceX byl na daném poli nováčkem.

Firma Elona Muska měla sice za sebou několik úspěšných misí zahrnujících i zásobovací lety na ISS, ale všeobecně se soudilo, že právě znalosti a zkušenosti jí chybějí. A tak začal Boeing vyvíjet kosmickou loď CST-100 Starliner a SpaceX svůj Dragon.

Přichází komerční éra

Tzv. komerční kosmonautiku využívá NASA už dvě dekády. Princip je všeobecně známý, nicméně stručně pro zopakování: Místo aby si vesmírná agentura objednala hardware s přesně zadanými parametry, objednává si službu. Požadavek tedy nezní „chceme kosmickou loď, která má takové rozměry, umí to i ono, poletí na takovéto raketě“, nýbrž „chceme na stanici a zpátky bezpečně dopravit čtyři astronauty – co nám můžete nabídnout?“.

Kritici tvrdili, že komerční přístup povede ke kompromisům v oblasti bezpečnosti, protože firmy budou upřednostňovat zisk. Jenže například komerční dopravu nákladů na ISS zajišťují pravidelně a spolehlivě obě vysoutěžené firmy, SpaceX i Northrop Grumman, takže to jde. Obě v souhrnu realizovaly přes 50 zásobovacích letů, přičemž každá zaznamenala jedno selhání. Ironií osudu byla v obou případech na vině (vlastní) nosná raketa, nikoliv samotná loď.

Každopádně se ukázalo, že soukromá firma hospodaří s penězi rozumněji než státní organizace, je pružnější, a že konkurence navíc tlačí ceny dolů. Kancelář generálního inspektora NASA uvádí, že kupříkladu vývoj komerčních nákladních lodí vyšel 4–6krát levněji, než kdyby se realizoval v režii národní kosmické agentury.

Nejdřív proti, potom pro

Zajímavé je, že Boeing kosmonautiku v popsaném režimu kritizoval, a to až do té míry, že když NASA vyhlásila program dopravy nákladů na ISS, firma jej bojkotovala. Manažeři se domnívali, že za uvedených finančních podmínek ho nelze smysluplně uskutečnit. Kromě jiného se jim nelíbil model fixní ceny prosazovaný Elonem Muskem, tedy že si NASA se společností dohodne určitou částku, za niž pak plnění obdrží: Jestliže firma dokáže dodat produkt či službu levněji, bude mít zisk. Jestliže však budou její náklady vyšší, prodělá.

Tradiční dodavatelé včetně Boeingu byli zvyklí na kontrakty v režimu cost plus neboli volně přeloženo „náklady plus vícenáklady“. Jinými slovy NASA zaplatila částku, o kterou si řekli, ale proplácela i veškeré výdaje vzniklé navíc – samozřejmě ty ospravedlnitelné, což ovšem byly prakticky všechny. V zájmu dodavatele tak bylo programy natahovat, předražovat a vykazovat jen takový posun, aby se tím umlčeli největší křiklouni.

Boeing se každopádně do popsaného projektu nezapojil, ale ani se jej svými zákulisními tlaky nesnažil ukončit. Manažeři firmy prostě chtěli, aby se komerční dodavatelé znemožnili sami – už proto, že na počátku figurovaly zakázky na vývoj v hodnotě stovek milionů dolarů, což bylo pod rozlišovací schopnost Boeingu.

Jenže oba vybraní dodavatelé se překonali a výzvy komerčních letů zvládli. Po dopravě nákladu však přišly na řadu i lety s astronauty a ve hře bylo hodně: kromě miliardových zakázek a prestiže i celá budoucnost americké pilotované kosmonautiky. 

Boj se tak rozhořel na několika frontách. Otázka mimo jiné zněla, zda je vůbec rozumné svěřovat lety s posádkou soukromým společnostem. Mnozí členové Kongresu byli proti a důvody měli různé, od skutečné nedůvěry k popsanému modelu až po zájem na tom, aby lukrativní zakázky zůstaly v jejich volebních obvodech. V té chvíli se pak do hry aktivně vložil Boeing a pomohl financování komerčních letů pro NASA prosadit. Jeho představitelé změnili názor, viděli životaschopnost modelu fixní ceny a domnívali se, že v rámci mnohamiliardové zakázky hravě postaví kosmickou loď, a ještě jim zbude dostatečný zisk.

Kdo ji vyrobí?

První kolo výběru komerčního dodavatele lodi proběhlo v únoru 2010 a NASA tehdy udělila pět v podstatě „zahřívacích“ kontraktů: Blue Origin získala 3,7 milionu dolarů na vývoj tlačného záchranného systému a kompozitní kabiny, Boeing obdržel 18 milionů na zahájení vývoje kapsle CST-100, která se později přejmenovala na Starliner, Paragon Space Development Corporation si připsala 1,4 milionu na systém zajištění životních podmínek, zatímco Sierra Nevada Corporation dostala 20 milionů na miniraketoplán Dream Chaser a v případě United Launch Alliance šlo o 6,7 milionu na systém včasné detekce havárie rakety.

Jak vidno, mezi vybranými chyběla SpaceX a naopak zde figurovala třeba zakázka na systém detekce selhání nosiče bez provázanosti na konkrétní projekt. 

Mnohem důležitější byla ovšem zakázka z dubna 2011, kdy největší částku – 92,3 milionu – získal Boeing na loď Starliner, ale zkrátka nepřišla ani Sierra Nevada s miniraketoplánem Dream Chaser, na který obdržela 80 milionů. 

Podle očekávání uspěl i projekt pilotované verze Dragonu od SpaceX a také návrh lodi od Blue Origin, s tím že si zmíněné dvě firmy připsaly 75, respektive 22 milionů. Ve třech případech šlo tedy o klasické kabiny, přestože všechny počítaly s vícenásobnou použitelností, kdežto Sierra Nevada nabízela miniraketoplán. 

V srpnu 2012 pak NASA zredukovala počet uchazečů na „dva a půl“: Boeing dostal 460 milionů, SpaceX 440 milionů a Sierra Nevada 212,5 milionu. Vývoj byl sice ve všech případech plnohodnotný, ale první dvě společnosti získaly peníze i na různé certifikace, zatímco Dream Chaser představoval „horkou zálohu“ pro případ, že by se jeden ze dvou vítězů ocitl v nesnázích a musel by být nahrazen. Ostatně něco podobného se stalo již u komerční dopravy nákladů, kdy původně padla volba na SpaceX a Rocketplane Kistler, ale druhá zmíněná společnost do roka zkrachovala.

V září 2014 bylo potom jasno definitivně: Boeing obdržel 4,2 miliardy dolarů, SpaceX 2,6 miliardy. Podotýkáme, že ve hře nebyly pouze peníze od NASA – obě firmy počítaly s tím, že budou své lodě využívat i k dalším aktivitám, například ke komerčním letům pro platící zákazníky.

První let, první průšvih

V roce 2014 sliboval Boeing první bezpilotní let už na konci roku 2016, první testovací pilotovanou misi k ISS v polovině roku 2017 a zahájení operačního provozu na jeho konci. Pokud vám takový rozpis připadá nerealistický, pak vězte, že SpaceX prezentovala ještě agresivnější „letový řád“: bezpilotní i pilotovaný zkušební let v roce 2016 a od poloviny následujícího roku pravidelný operační provoz.

Jenže jak už to u podobně rozsáhlých projektů bývá, obě firmy se potýkaly s technickými i jinými výzvami. Nakonec byl první testovací let Starlineru připravený před Vánoci roku 2019. Atlas V s lodí vzlétl 20. prosince ke zkoušce OFT alias Orbital Flight Test. Raketa fungovala bezvadně, ale 31 minut po startu začalo být jasné, že něco není v pořádku. 

Palubní počítač lodi nepracoval správně a neuskutečnil motorický manévr. Řídicí středisko ke svému zděšení zjistilo, že je čas na palubě oproti tomu, s nímž pracoval nosič, posunutý o osm minut! Palubní hodiny na Starlineru i na Atlasu V se totiž nařizovaly nezávisle na sobě a jaksi intuitivně se spoléhalo, že vzápětí dojde k jejich sladění. Intuice nicméně nestačila. 

Začal tedy horečný boj o záchranu mise. Starlineru sice nehrozilo bezprostřední nebezpečí, ale neprovedení manévru narušilo celou pečlivě naplánovanou choreografii příletu k ISS. Ve chvíli, kdy byla zapotřebí bezproblémová komunikace s lodí, signál vypadával. Navíc Starliner přelétal „hluchým místem“, kdy si komunikaci s ním předávaly dvě družice TDRS alias Tracking and Data Relay Satellite. Palubní počítač detekoval problém, ale reagoval špatně – provedl korekci pomocnými motory, takže spálil cenné pohonné látky. Nezbývalo tak palivo na setkávací manévr s ISS, a Boeing proto rozhodl o předčasném návratu: Namísto osmi dní měl let trvat jen něco přes dva.

Jenže v tu chvíli se objevil další závažný problém, opět důsledek nedostatečného testování. Jednalo se o chybu v sekvenci příkazů pro oddělení návratové kabiny od servisního modulu: Do jeho řídicího systému vložil palubní počítač špatné pokyny pro zážeh trysek, a kdyby podle nich došlo k oddělení návratové kabiny, servisní modul by se nadále choval, jako by byla loď kompletní. Nicméně vzhledem k rozdělení by se obě tělesa střetla, což by mohlo mít pro kabinu fatální následky. 

Nakonec sice bezpečně přistála, ale NASA byla nekompromisní: Takto nevypadá vydařená zkouška pro misi s posádkou, poletí se znovu!

Opakování je matka moudrosti

Ani let OFT-2 se neobešel bez potíží. Třetího srpna 2021 chybělo do startu jen pár hodin, když se objevily problémy – několik ventilů v servisním modulu Starlineru nefungovalo správně. Vzlet se odložil nejprve o 24 hodin, později padlo rozhodnutí sejmout loď z rakety a odeslat modul k důkladné prohlídce k výrobci.

Ukázalo se, že vlhkost v ovzduší reagovala s oxidem dusičitým, který Starliner používá jako okysličovadlo pro manévrovací a stabilizační motory. Vznikla tím kyselina dusičná, ta pro změnu reagovala s hliníkovým uložením ventilů a výsledná sůl dusičnanu hlinitého coby pevná látka blokovala jejich pohyb. Výměna ventilů by znamenala nové zkoušky a certifikace i velmi dlouhý odklad – proto se Boeing rozhodl je po testech neměnit, ale upravit způsob, jakým se s nimi nakládá.

V každém případě se startovalo až 19. května 2022. Během letu se sice objevily potíže s orientačními motory, se systémem tepelné regulace a stykovacím uzlem, ale ve všech případech šlo o zvládnutelné „drobnosti“. Let Starlineru trval necelých šest dní a završilo ho zdařilé přistání.

S ostudou dolů

První pilotovaný start CFT alias Crew Flight Test se měl uskutečnit 23. července 2023, ale opět se neletělo. Několik týdnů před uvedeným datem byly zjištěny technické problémy jednak s padákovým systémem, kde příliš měkké spojky u padákových šňůr nevydržely požadované limitní zatížení, a jednak s nevhodnou izolační páskou v elektrickém systému lodi – v rozporu se specifikací došlo k použití pásky, která je za určitých podmínek hořlavá. Následoval tedy další odklad a první astronauty, Barryho Wilmorea a Sunitu Williamsovou, svezl Starliner až 5. června 2024.

Při příletu k ISS o den později ovšem postupně vypadlo hned pět orientačních a stabilizačních motorů lodi. Činnost čtyř z nich se nakonec podařilo obnovit a plavidlo dorazilo ke stanici zhruba s hodinovým zpožděním. Motorický systém Starlineru je dostatečně robustní, aby zvládl výpadek i většího počtu motorů. Problém spočívá v něčem jiném: Jestliže začnou motory vypadávat jeden za druhým při závěrečném přibližovacím manévru, hrozí – byť krátkodobá – ztráta kontroly nad lodí a vysoké riziko srážky s ISS. Po připojení Starlineru ke stanici tedy začalo vyšetřování potíží: Motory se zkoušely na lodi u ISS, stejně jako na testovacím stavu na Zemi.

Jenže místo aby se technici dobrali příčiny výpadků, naráželi na další a další problémy, na které se dřív nepřišlo – třeba že delší a opakované zážehy motorů způsobují roztažení, či dokonce posunutí teflonového těsnění v potrubí, což omezuje přívod pohonných látek a potažmo ovlivňuje stabilitu hoření a tah. Jinými slovy může výkon motoru nepravidelně kolísat, což je nesmírně nebezpečné, protože loď zkrátka nebude reagovat tak, jak by měla.

Počátkem srpna 2024 se tudíž začalo neoficiálně zmiňovat, že Starliner nebude prohlášen za způsobilý k návratu s astronauty. A 24. srpna NASA uvedená slova potvrdila s tím, že loď přistane bez posádky, k čemuž nakonec došlo 7. září. Wilmore a Williamsová si pak pobyt na stanici prodloužili až do loňského března, kdy se s následujícím osazenstvem stanice vrátili v Dragonu. Z původně osmidenní zkušební mise se tak stal téměř desetiměsíční pobyt na oběžné dráze. Nicméně oba astronauti už dřív absolvovali dlouhodobé mise, takže situaci zvládli bez potíží.

Mimochodem, jako první v historii kosmonautiky startovali a přistávali na Zemi ve čtyřech různých lodích – letěli raketoplánem, ruským Sojuzem, Starlinerem a Dragonem. 

Zpátky na začátek

Po těchto třech zkušebních letech a dalších technických potížích bylo jasné, že program Starliner rozhodně není „zdravý“, a řešily se různé možnosti od finanční injekce až po předčasné ukončení. Zároveň se bralo v potaz, že loď zatím není zralá a že se konec ISS stanovený na leden 2031 nezadržitelně blíží. Nakonec NASA s Boeingem na podzim roku 2024 oznámily úpravu kontraktu a plán na ještě jeden bezpilotní let. Mise ponese název Starliner 1 – podle všeho proto, aby už se financovala z oné série šesti objednaných operačních startů. Start této mise je v současnosti plánován na poslední čtvrtletí roku 2026, konkrétní datum však NASA dosud nestanovila.

Pokud vše půjde dobře, budou následovat tři půlroční operační mise, první již na podzim. NASA však takovému scénáři moc nevěří a pro jistotu připravuje i podzimní střídání posádky stanice v Dragonu. Na Starliner 2, 3 a 4 tak nejspíš dojde řada v letech 2027–2030, s tím že se loď Boeingu bude v dopravě astronautů na ISS i nadále střídat s Dragonem.

Co vlastně bylo u programu Starliner špatně? I zástupci Boeingu přiznali, že na kontrakt s fixní cenou nebyli připraveni – a to kvůli jiné dodavatelské struktuře, než má firma SpaceX, která si drtivou většinu dílů vyrábí sama. Jenže Boeing využívá zavedené dodavatele, a ti odmítli fixní cenu akceptovat. Když potom došlo na vícepráce či nějakou změnu, nechali si všechno zaplatit, tak jak byli roky zvyklí. 

Uvedené náklady musel tedy Boeing hradit ze svého očekávaného zisku, což vedlo přesně k situaci, před níž na začátku varovali kritici komerčních letů: Firma vynechávala testy, a to se jí nakonec vymstilo.

Všichni sázejí na Dragon

Boeing chtěl původně Starliner nabízet pro turistické lety i pro dopravu posádek na budoucí komerční stanice. Od turistických letů už nicméně oficiálně ustoupil a spolupráce s provozovateli zmíněných stanic zůstává s otazníkem. Nikdo z nich nechce použití Starlineru vyloučit, ale zároveň všichni bez výjimky jako s hlavním dopravním prostředkem počítají s konkurenčním Dragonem. Jednak je zalétaný a spolehlivý, jednak je mnohem levnější.

Může se tudíž stát, že spolu s programem ISS skončí i Starliner. Jeho závěrečný účet by tak zněl: tři zkušební lety OFT, OFT-2, CFT plus nadcházející bezpilotní Starliner 1 a pouhé tři operační mise – Starliner 2, 3 a 4.