Super Heavy (též SpaceX Starship Super Heavy) je první stupeň (nosná raketa, též booster) těžkého nosného raketového systému Starship firmy SpaceX. Druhým stupněm systému je kosmická loď Starship, se kterou tvoří první stupeň ucelenou sestavu. První stupeň Super Heavy s kosmickou lodí Starship poprvé letěl 20. dubna 2023 ze základny SpaceX South Texas Launch Site, dříve označované Star Base.^[1] Při pátém letu 13. října 2024 SpaceX uspěla při vůbec prvním pokusu o zachycení boosteru Super Heavy na pohyblivá ramena na startovací rampě.^[2] Vývoj systému Starship bude dále pokračovat směrem k vyšší frekvenci startů a opakovanému použití boosterů, podobně jako u menších a podstatně slabších boosterů Falcon 9, které také provozuje SpaceX.

Booster Super Heavy je 71 metrů vysoký a má po celé délce průměr 9 metrů. Tvoří ho válcové sekce z nerezové oceli o výšce 1,83 metru, tloušťce 3,97 milimetru^[3] s hmotnosti přibližně 1600 kg^[4].

Skládá se ze čtyř základních částí: motorů, metanové nádrže, kyslíkové nádrže a mezistupně. Elon Musk v roce 2021 uvedl, že konečná konstrukce bude mít suchou hmotnost (bez paliva v nádržích) mezi 160 a 200 tunami, přičemž nádrže budou vážit 80 tun a mezistupeň 20 tun.^[5]

Nádrže boosteru Super Heavy pojmou 3 400 tun pohonných hmot, z toho 2 700 tun kapalného kyslíku a 700 tun kapalného metanu.^[6]

Obě nádrže jsou odděleny společnou přepážkou, podobně jako na stupních S-II a S-IVB rakety Saturn V,^[7] a jsou silně zpevněny více než 70 podélnými výztuhmi na vnitřní straně nádrží.^[8] Centrální přečerpávací potrubí přivádí metan z horní nádrže středem spodní kyslíkové nádrže do rozdělovače na spodku boosteru, těsně nad motory.^[9]

Ke kyslíkové nádrži – počínaje Boosterem 7 – jsou z vnějšku připojeny čtyři podélné stabilizátory (aerodynamické plochy), které současně tuto obalovanou kompozitní tlakovou nádobu chrání, stejně jako nádrže s oxidem uhličitým pro potlačení požáru, a současně zajišťují vztlak při návratu boosteru k Zemi.^[10]

Nosná raketa Starship Super Heavy má 33 motorů Raptor uspořádáných do tří soustředných prstenců. Celkem 20 motorů vnějšího prstence postrádá kardanové závěsy, kterými se řídí vektor (směr tahu) motorů, takže působí pouze jedním směrem.^[11] Kvůli úspoře hmotnosti neobsahují ani palubní spouštěcí zařízení, protože se uvádějí do provozu pomocí pozemního podpůrného zařízení na startovací rampě a po svém vypnutí na konci vzestupné fáze letu se již nezapalují. Naopak 10 motorů středního a 3 motory vnitřního prstence vektor měnit umí, což je nezbytné pro dosažení přesné pozice k zachycení boosteru u startovní věže.^[12] Po první letové zkoušce lodi Starship hydraulický pohon kardanových závasů nahrazen elektrickým a současně byl modernizován systém hašení požáru a a také stínění motorů, které izoluje jednotlivé kusy pro případ poruchy.^[13]

Motory Raptor využívají plnoprůtokový systém stupňovitého spalování, který má jak kyslíkové, tak metanové turbočerpadlo.^[14] Pro zvýšení výkonu spalují Raptory superchlazené pohonné hmoty. Výšce boosteru celkem asi 3 metry.^[15]

Při plném výkonu produkovaly všechny motory první verze boosteru (Block 1) celkový tah kolem 74 MN (více než dvojnásobek tahu prvního stupně Saturnu V). Podle informací ze SpaceX z dubna 2024 se předpokládá, že u verze Block 2 celkový výkon vzroste k 81 MN a později u Blocku 3 až na 98 MN,^[16] přičemž by tyto verze mohly mít až 35 motorů.^[17]

Mezistupeň tvoří především kopuli, která shora chrání metanovou nádrž před působením motorů kosmické lodi Starship. Dále je vybaven čtyřmi elektricky ovládanými mřížkovými kormidly, z nichž každé má hmotnost 3 tuny.^[18] Ta nejsou po obvodu mezistupně uspořádána v rozestupech 90 stupňů jako u Falconu 9, ale do 2 dvojic, mezi nimiž je rozestup 120 stupňů, zatímco kormidla ve dvojici jsou vzdálena 60 stupňů.^[19] To podle SpaceX zajišťuje větší sílu v ose náklonu.^[18] Dalším rozdilem oproti Falconu 9 je, mřížková kormidla zůstávají během startu vysunutá.^[19] Kromě kormidel zajišťují manávrování boosteru během návratu k Zemi studené (bez zážehu) plynové trysky napájené zbytkovým motorovým plynem. Uprostřed obou dvojic kormidel a pod jejích úrovní také vyčnívají záchytné body, které umožňují zvednutí nebo zachycení nosné rakety pomocí rozevíracích ramen startovací věže. ^[20]

Při prvním letu byl booster vysoký 69 metrů a kosmická loď na něj dosedala bezprostředně na horní okraj mezistupně, nad mřížková kormidla. Kvůli problémům při zapálení motorů kosmické lodi SpaceX od druhého letu vložila mezi obě části sestavy dodatečné mezikruží o výšce 1,8 metru a po celém obvodu vytvářející průduchy.^[21] Těmi před oddělením obou částí, ale už během a krátce po spuštění motorů kosmické lodi mohou do stran unikat spaliny. Toto řešení známé z řady jiných raket umožňuje tzv. horké oddělení (hot staging),^[22] při němž kosmická loď neztrácí ani na okamžik tah a rychlost, protože kosmická loď již používá své motory, zatímco se motory boosteru teprve postupně vypínají. Mezikruží se při návratu boosteru k Zemi automaticky oddělilo, aby snížilo přistávací hmotnost boosteru, u dalších verzí se ale s jeho existencí nepočítá, protože potřebné průduchy budou pevnou součástí horního okraje boosteru.^[23]

V čase T-19:40 začíná chlazení 33 motorů boosteru, které chrání turbočerpadla motoru před tepelným šokem z vsoce podchlazeného paliva i okysličovadla. Tři sekundy před startem začíná startovací sekvence všech motorů.

Ty po startu hoří 162 sekund a poté se 30 z nich vypne, zatímco 3 motory vnitřního prstence sníží tah na 50 % tahu. Po oddělení kosmické lodi Starship, která se vydá k pokračování své cesty, se nosná raketa spusti sekvenci manévrů kvůli návratu k startovací rampě včetně zpětného zážehu. Pro ten použito všech 13 centrálních motorů (vnitřní a střední prstenec), které pracují 54 sekund. Přibližně sedm minut po startu a nedaleko rampy se 13 motorů zažehne znovu, aby dobrzdily rychlost pádu a domanévrovaly booster do blízkosti věže a jejích záchytných ramen opět zůstanou v provozu jen tři motory vnitřního prstence.

Společnosti SpaceX v říjnu 2012 poprvé informovala o záměru vyvinout plně znovupoužitelný raketový systém s podstatně většími schopnostmi, než raketa Falcon 9, v té době již postupně uváděná do praktického používání.^[24] Elon Musk k jeho pojmenování MCT, jejíž význam mnohem později objasnil jako Mars Colonial Transporter (volně Transportér do marsovské kolonie).^[25] Nosič měl mít podle odhadů provozní ředitelky SPaceX Gwynne Shotwellové průměr minimálně 7 metrů a nosnost na nízkou oběžnou dráhu Země mezi 150 a 200 tunami.^[24] Vedoucíhvývoje motorů ve SpaceX Tom Mueller později uvedl, že společnost by mohla použít devět motorů Raptor na jediném nosiči MCT nebo kosmické lodi Předběžný návrh by měl mít průměr nejméně 10 metrů (33 stop) a využily by třispojená jádra s celkem nejméně 27 motory.^[25][26]

Další posun přišel na 67. mezinárodním astronautickém kongresu^[27] koncem září 2016. Elon Musk tam oznámil, že SpaceX vyvíjí novou raketu s motory Raptor nazvanou Interplanetary Transport System. (ITS) Ta by podle něj měla mít dva stupně, nosič a kosmickou loď, oba opakovaně použitelné. Nádrže z uhlíkového kompozitu by se plnily kapalným metanem a kapalným kyslíkem a raketa by měla nízkou startovací cenu navzdory nosnosti 300 tun na nízkou oběžnou dráhu Země.^[28][29] Nosná raketa ITS měla mít průměr 12 metrů a výšku 77,5 metry, každý ze 42 motorů by poskytl přes 3 meganewtony tahu, celkem by tak raketa při startu vyvinula tah 128 MN, po opuštění atmosféry pak 138 MN,^[30] bezmála čtyřnásobek tahu Saturnu V.^[29] Návrh již obsahoval řízení pro přesné přistání pomocí mřížových kormidel, změny směru tahu 7 motorů ve středovém klastru pomocí kardanového řízení a možnosti odlišného výkonu všech motorů, z nichž každý by umožňoval regulaci od 20 do 100 procent výkonu.^[28] První stupeň by měl před oddělením kosmické lodi dosáhnout rychlosti kolem 8 650 km/h při zachování přibližně 7 % paliva, aby bylo možné dosáhnout vertikálního přistání na startovací rampě (nikoli na přistávací ploše nebo plovoucí plošině jako Falcony 9).^[31]

O rok později na 68. kongresu^[32] Musk oznámil nový název a upravené parametry nosiče. Označení se změnilo na BFR, což bylo vykládáno buď jako Big Falcon Rocket, nebo jako Big Fucking Rocket, což Eon Musk neformálně používal už dříve s odkazem na stejné použití písmen BF v populární počítačové hře Doom.^[33]

O vánocích 2018 přišla poslední velká změna – SpaceX opustila záměr používat uhlíkový kompozit a založila budoucnost na nerezové oceli a přejmenování kosmické lodi Starship a boosteru na Super Heavy. Také další parametry se přiblížily konečné podobě, včetně plánovaného devítimetrového průměru obou součástí sestavy.^[34][35] Elon Musk odůvodnil změnu konstrukčníh materiálu nízkými náklady a snadnou výrobou, vyšší pevností nerezové oceli při styku s vysoce podchlazenými pohonnými hmotami a současně její schopností odolávat vysokým teplotám.^[36] Mnoho dalších detailů o budoucím nosiči i kosmické lodi představil Elon Musk na velké prezentaci v září 2019.^[37][38][39]

SpaceX v březnu 2021 dokončila první prototyp Super Heavy, označený BN1. Ten byl výrobním průkopníkem pro nalezení základních postupů montáže a přepravy budoucích boosterů.^[40] Musk 30. března 2021 oznámil, že BN1 bude sešrotován a že zkušenosti získané při jeho montáži vedle ke změním designu dalšího prototypu BN2, který by se i s motory měl do konce dubna 2021 dostat na startovní rampu.^[41] BN1 skutečně precovníci Starbase o 2 týdny později rozebrali,^[42] ale k sestavení BN2 nikdy nedošlo, její části posloužily pouze k dílčímu testování nádrží.^[43]

Pozornost se tak upřela na další nosič BN3, který byl sestaven koncem června 2021^[44] a v poslední den měsíce naložen na transportní platformu a převezen k rampě používané pro suborbitální lety k testování.^[45] Jako první z boosterů podstoupil 13. července 2021 kryogenní test (zkoušku těsnosti systému po naplnění podchlazenými pohonnými látkami) a o šest dní později také prvni statický zážeh 3 svých motorů, jediný, který byl proveden na suborbitální rampě. V srpnu 2021 byl rozebrán částečně^[46] a v lednu 2022 byla jeho zkáza dokonána.^[47].

Booster 4 se stal prvním k letu určeným kusem Super Heavy. SpaceX s ním počítala pro první letový test, ale nakonec se pouze stal prvním boosterem, který byl vysazen na startovní rampu (4. srpna 2021)^[48] a spojen s kosmickou lodí Starship (6. srpna 2021).^[49][50] Od prosince 2021 do března 2022 podstoupil několik kryogenních a dalších testů včetně spojení s lodí Starship 20 na rampě,^[51][52][48] ale SpaceX nakonec učinila rozhodnutí, že první let podstoupí Booster 7 a Ship 24. Demontáž B4 začala 6. března 2024^[53] odmontováním jednoho mřížového kormidla a skončila 22. března 2024 v hale Mega Bay, kde byl B4 rozřezán.^[54]

První let Super Heavy pořadového čísla B12 s přistáním, proběhl 13. října 2024 a Super Heavy při něm pomohla umístit Starship pořadového čísla S30 na nízkou oběžnou dráhu okolo Země, a poprvé přistát za pomoci Mechazilly na základně. Podařilo se tak novým způsobem zachránit nosič Super Heavy a ještě získat neocenitelné zkušenosti.^[55][56]

Druhý let Super Heavy se konal 19. listopadu 2024 ve 23:00 SEČ a booster Super Heavy (B13) při něm pomohl umístit Starship (S31) na nízkou, suborbitální dráhu okolo Země, a samotný Super Heavy pak měl podruhé přistát za pomoci Mechazilly, čímž by se celý nosič Super Heavy opět zachránil.^[57][58] Z informací o letu víme, že let lodi Starship skončil úspěchem, ale booster Super Heavy byl kvůli problému v komunikaci se startovací věží^[59][60][61] odkloněn k přistání v moři.^[62][63][64]

Třetí let Super Heavy pořadového čísla B14 s plánovaným přistáním, je nyní (prosinec 2024) plánován na leden 2025 a Super Heavy by se při něm měl opět pokusit přistát za pomoci Mechazilly na základně, jako předchozí booster B12. Použitý Super Heavy je hlouběji modernizovaný typ oproti bezprostředně předcházejících B12 a B13.^[65][66]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku SpaceX Super Heavy na anglické Wikipedii.

• Starship (SpaceX)
• Starship Integrated Flight Test 5
• Starship Integrated Flight Test 6
• Falcon 9
• Falcon Heavy
• SpaceX
• Elon Musk

• (anglicky) Starship launch and Super Heavy landing, 13 October 2024 - První let Super Heavy (B12) a její zachycení Mechanzillou
• (anglicky) SpaceX-BFR - Starship a Super Heavy
• (anglicky) Starship (Super Heavy Starship) - space.skyrocket.de