Havárie raketoplánu Columbia

21. července 2009 v 22:06 | Tomáš Kovařík |  System
Raketoplán Columbia byl prvním orbiterem vybaveným pro opravdové mise. Létal od roku 1981 a včetně osudné mise STS-107 absolvoval celkem 28 letů.


Havárie se udála v roce 2003, konkrétně 1. února. Zavinil ji úlomek izolační pěny pokrývající externí nádrž. Ta nese přibližně 740 tun kapalného kyslíku a kapalného vodíku jako palivo pro hlavní motory orbiteru. Pěna je vyrobena namícháním pěnového polyuretanu s nadrceným korkem a slouží k udržení minimálního vlivu okolního ovzduší na ohřívání zásob paliva uvnitř nádrže. Kyslík a vodík jsou totiž v kapalném stavu velmi těžko skladovatelné.

Mise probíhala od začátku velmi hladce. Podařilo se odstartovat na první pokus bez jakéhokoli problému. Pozemní kamery zpozorovaly přesně 81 sekund po startu odtržení kusu izolační pěny z nádrže ET. Ta se roztříštila o náběžnou hranu levého křídla orbiteru. Raketoplán pokračoval v letu a bez problémů se podařilo dosáhnout operační oběžné dráhy kolem Země. Na Zemi se mezitím řešil zjištěný náraz izolační pěny do křídla. Technici tvrdili, že nemohl způsobit žádné větší poškození, protože materiál, ze kterého je náběžná hrana vyrobena je proti tak lehkému materiálu velmi odolný. Celý incident byl tudíž uzavřen jako nezávažný. Mise měla čistě vědecký charakter. Posádka prováděla po celou dobu letu vědecké experimenty v laboratoři SpaceHab, což je přetlakový modul umístěný v nákladovém prostoru orbiteru. Posádka tam má přímý přístup po celou dobu letu přes přechodový tunel v zadním výstupu z kabiny. Šlo hlavně o biologické experimenty na samotných členech posádky raketoplánu.


Po patnáctidenním letu bylo rozhodnuto misi ukončit. Posádka raketoplán připravila na přistání a hned na první pokus (vzhledem k počasí nad přistávací dráhou) byl udělen souhlas s brzdícím manévrem a následnému přistání na floridském mysu Canaveral. Raketoplán začal klesat do zemské atmosféry a zpomalovat pomocí aerodynamického tření (předávání pohybové energie atmosféře ve formě tepla). Zpočátku probíhalo vše bez problémů, ale později začínaly teplotní senzory v levém křídle pomalu ukazovat údaje o zvyšující se teplotě. Ve výšce 73 kilometrů vletěl raketoplán rychlostí přibližně 7 km/s (což je jen o málo snížená rychlost obíhání kolem Země) do hustších vrstev atmosféry. Senzory v levém křídle postupně ukazovaly nečekané nárůsty teplot v různých částích a později geometrickou řadou selhávaly.
Posádka i řídící centrum v Houstonu také zaznamenaly nerovnoměrný odpor vzduchu táhnoucí raketoplán směrem doleva. Posádka proto provedla malý zážeh raketových motorů pro srovnání dráhy. Později začala růst i teplota hydraulické kapaliny v místech levého podvozkového kola (za jehož vysouvání je zodpovědný právě hydraulický systém), až bylo nakonec hlášeno roztrhnutí přistávací pneumatiky a několik dalších nesmyslných hlášení, jako například, že byl vysunut podvozek (který byl přitom zatažen). Vše bylo vinou postupného přepalování vedení a následných malých zkratů a chybových hlášení. Ze Země byly postupně pozorovány žhnoucí úlomky odtrhnuté z raketoplánu. Ty se od malých (což byly zřejmě dlaždice tepelné ochrany ze spodku levého křídla) zvětšily až na obrovské celé části. To už i selhala komunikace se Zemí a několik sekund nato se pravděpodobně odtrhl celý zbytek levého křídla. Raketoplán se pak rychle dostal do neřiditelného letu a působením horké plasmy vznikající při tak rychlém průletu se rozpadl a shořel ve výšce asi 60 kilometrů nad územím Texasu.

Všichni členové sedmičlenné posádky zemřeli. Zřejmě se tak stalo velmi rychle, protože po odtržení křídla začal orbiter obrovskou rychlostí chaoticky rotovat a takovou tahovou sílu nemohla sedadla s astronauty vydržet. Pravděpodobně se tedy odtrhla a posádka zemřela při nárazu do stěn kabiny. Nenašla se žádná těla - pouze pár ohořelých helem.
Krátce po havárii dala vláda vzniknout vyšetřovací komisi určené pouze pro vyšetření příčin havárie. Dlouho se zakládalo na tom, že ji zavinily odpadlé dlaždice ze spodku křídla raketoplánu. Ty jsou totiž sice extrémně odolné proti teplu, ale zároveň velmi křehké, takže vyšetřovatelé předpokládali, že odpadlý kus izolační pěny je mohl poškodit. Když ale dlouho nevycházely žádné počítačové simulace ani získané telemetrické údaje, tak přece jen padlo podezření na materiál náběžné hrany.

Náběžné hrany jsou při sestupu atmosférou namáhány nejvíce (standardní teplota při nejvyšším aerodynamickém odporu se pohybuje okolo 1300°C). Proto jsou vyrobeny z tzv. uhlík-uhlíkového kompozitu, což je zdlouhavě vyráběný materiál obsahující v konečné formě čistý uhlík o konzistenci podobné porcelánu (navenek hladký a tvrdý, ale uvnitř porézní). Vyrábí se tak, že se speciální tkanina nechá napustit syntetickou pryskyřicí, poté se vytvaruje a v atmosféře čistého dusíku vypálí. Tento proces se několikrát opakuje, až po dlouhé době vznikne hotový výrobek.
Vyšetřovací komise nechala za obrovské náklady udělat několik opravdových částí náběžných hran a na maketě křídla pak testovala jejich odolnost. Testy probíhaly tím způsobem, že se na křídlo postupně vystřelovaly různě velké kusy izolační pěny. Uhlíkový materiál byl ale brzy proražen. Vyšetřování se okamžitě začalo ubírat jiným směrem.

Na jeho konci vydala komise obrovský dokument o příčinách katastrofy a zároveň také celkem 29 doporučení pro NASA, která pomohou vyvarovat se, nebo minimálně včasně zareagovat na podobný problém. NASA reagovala velmi rychle a většinu opatření se podařilo splnit. V současnosti se dá říct, že pokud odpadne kus pěny a narazí do raketoplánu (do náběžné hrany, nebo kamkoli jinam), tak to posádka zjistí a buď to dokáže opravit ještě ve vesmíru, nebo raketoplán zůstane připojen k Mezinárodní vesmírné stanici a posádka se dostane na Zem později vyslaným záchranným raketoplánem.
Tehdejší prezident Spojených států amerických Georg Busch vydal NASA doporučení dokončit stavbu Mezinárodní vesmírné stanice do konce finančního roku 2010 a poté ukončit provoz kosmických raketoplánů a urychleně se věnovat vývoji nových kosmických dopravních prostředků, jimiž mají být rakety Ares I a Ares V. NASA souhlasila a s maximální opatrností se dosud stará o dokončení dlouhodobého úkolu raketoplánů, po jehož splnění půjdou všechny existující orbitery do výslužby.
 

Havárie raketoplánu Challenger

16. července 2009 v 15:48 | Tomáš Kovařík |  System
Raketoplán Challenger havaroval při misi STS-51L přesně 73 sekund po vzletu dne: 28. ledna 1986. Všichni ze sedmičlenné posádky zemřeli.
Tento let byl již od samého začátku předstartovních příprav ohrožován meteorology, kteří varovali před mrazem panujícím ten den na Floridě. Teplota ovzduší byla tehdy kolem -4°C a uvnitř bloků SRB mohlo být až -14°C. Pracovníci NASA byli od firmy Thiokol (která vyrábí motory SRB) varováni, že nadměrný pokles teploty může velmi ovlivnit pružnost a spolehlivost teflonového těsnění mezi jednotlivými segmenty motoru SRB. Ten je totiž složen z pěti oddělitelných segmentů z důvodu snadného převážení. Nicméně ředitel projektu STS a další lidé z NASA konstatovali, že podmínky pro start jsou přijatelné. Všechny přípravy proběhly úspěšně a tak raketoplán Challenger STS-51L odstartoval z floridského mysu Canaveral v 16:38 UT. Prvním znakem, že něco není v pořádku mohl být únik kouře z pravého urychlovacího bloku SRB, přesně ve spoji mezi dvěma spodními segmenty.

Další operace probíhaly bez problémů až do T+59s, kdy pozemní kamery zpozorovaly plamen, šlehající z boku pravého stupně SRB. Ten se z délky 1 m postupně zvětšil až na více než 20m. Za jeho vznik mohlo právě mrazem poničené těsnění mezi segmenty. V pravém stupni SRB byl tlakovými senzory naměřen o hodně menší tlak než by správně měl být. Na Zemi věděli zatím jen o sníženém tahu pravého urychlovacího motoru. Plamen ale zatím teplotou vyšší než 3000°C olizoval nádrž ET a navíc spodní konstrukci s výbušnými šrouby, za kterou byl připojen ke zbytku sestavy raketoplánu.

Od této doby se už bavíme v řádu setin sekund. V T+72,141s pod náporem plamenů praskla spodní držná konstrukce pravého SRB a přesně ve stejný čas prasklo kyslíkové potrubí, vedoucí po vnější stěně nádrže ET. Z přerušeného potrubí začal šlehat další mohutný plamen. V T+72,201s se uvolněný SRB začal stáčet svojí špičkou směrem k nádrži ET. Do té v T+72,884s prudce narazil, prorazil kyslíkovou nádrž a o pár setin sekundy i přepážku mezi kyslíkovou a vodíkovou nádrží. Uvolněný vodík se začal mísit s kyslíkem a okolním vzduchem. V T+73,266s nastala mohutná exploze. Byla při ní zničena celá sestava raketoplánu - orbiter Challenger byl výbuchem nádrže ET naprosto rozmetán. Z obrovské koule po výbuchu vylétly oba stupně SRB, které pokračovaly v neřízeném letu. Z důvodu stočení jednoho SRB nad obydlenou část Floridy byl vydán příkaz od bezpečnostního důstojníka ke zničení.
Takto skončila poslední mise raketoplánu Challenger trvající: 73,631s.

Takto vypadal výbuch sestavy ze Země:



______________
Zdroj mých informací pro tento článek: Mgr. Antonín Vítek. Csc.


 



Obecně o celém projektu Space Shuttle, část první

16. července 2009 v 12:51 | Tomáš Kovařík |  System
V prvním díle tohoto článku se zaměříme na počátky projektu Space Shuttle jako takového a budou zde popsána jeho původně plánovaná odvětví.
Cílem tohoto článku je podle mého mínění vyvrátit přesvědčení většiny lidí, že raketoplán je projekt, který nikdy neměl být realizován.

Jako první je třeba si ujasnit jednu asi nejdůležitější věc, která je základním kamenem tohoto článku a celé reality kolem projektu Space Shuttle: raketoplán není a nikdy, po dobu svého provozu nebude zastaralý - naopak spíše o hodně let předběhl svoji dobu.


5. ledna 1972 - tohoto dne bylo dokončeno zpracování prvních dokumentů pojednávajících o základech projektu Space Shuttle. Jeho první verze ovšem neobsahovala jen údaje o dnešním raketoplánu - byl to obrovský a ambiciózní projekt snažící se za menších výdajů financí kyvadlově dopravovat lidskou posádku společně s nákladem (nebo v některých verzích jen náklad samotný) na oběžnou dráhu Země a na Měsíc. Ovšem po několika málo týdnech, kdy manažeři NASA stihli celý projekt prostudovat a zhodnotit, zasáhla otázka financí. Celý projekt byl následkem toho přehodnocen a zbyly pouze koncepty dnešního raketoplánu. Je to sice velká škoda, ale jak později vyšlo najevo, NASA měl i s vývojem a následným provozem dnešního raketoplánu, jako jediného realizovaného celku problémy. I tak se ale odpovědným představitelům NASA projekt zalíbil a to hlavně protože podle prvních odhadů představoval velmi efektivní a hlavně levný způsob kosmické dopravy. Po usazení projektu v možných finančních mezích zahájil NASA výběrová řízení pro jednotlivé průmyslové společnosti a nakonec byly vybrány:

1. Společnost Thiokol, nyní ATK Launch Systems Group získala kontrakt na vývoj, výrobu a obsluhu pomocných vzletových stupňů SRB (Solid Rocket Booster). Tyto bloky vypadají zvenku poměrně jednoduše, ale ve skutečnosti je opak pravdou - vývoj největších a ještě k tomu znovupoužitelných raket na tuhé pohonné látky na světě trval firmě přibližně šest let. Jejich parametry jsou: délka: 45.5 metrů, průměr válce: 3,7 metrů, hmotnost bez paliva: 90 tun a hmotnost s palivem: 590 tun. Bylo provedeno celkem šest zkoušek činnosti motorů a všechny proběhly uspokojivě. V současnosti firma stále bloky SRB vyrábí a obsluhuje.

2. Společnosti Martin Marietta nyní Lockheed Martin byl přidělen kontrakt na vývoj a výrobu odhazovací nádrže nesoucí zásoby tekutého kyslíku a vodíku ET (External Tank). Je to největší část celé startovní soustavy raketoplánu. Její parametry jsou: délka: 46,9 metrů, šířka: 8,4 metrů, prázdná hmotnost: 26,559 tuny a hmotnost s pohonnými látkami: 762,126 tuny. Její vnitřek je rozdělen do dvou oddělených nádrží. Nádrž na kapalný vodík zaujímá víceméně celou spodní část skeletu, je dlouhá 29,5 metrů a vejde se do ní 1 milion 470 tisíc litrů vodíku (což je 104 tun). Nádrž na kapalný kyslík je podstatně menší - vyplňuje jen horní vejčitou část skeletu. Je dlouhá 16,6 metrů a vejde se do ní 549 tisíc litrů kyslíku (což je 626 tun).Nádrže ET se stále vyrábějí v továrně Michoud Assembly Plant v Lousianě na východním okraji New Orleans. Továrna patří NASA (spadá pod správu Marshall Space Flight Center), ale vlastní výrobu v ní provozuje firma Lockheed Martin Michoud Space Systems.

3. Společnost Rockwell International Space Transportation Systems Division, později North American Aviation,poté Rockwell International a nyní Boeing North American dostala kontrakt na výrobu orbiterů raketoplánu. To jsou asi nejsložitější zařízení, která jsou lidé schopni sestavit a používat. První úkol NASA pro Boeing byl postavit částečně funkční maketu raketoplánu, která bude schopna klouzavého letu v atmosféře nejprve bez posádky a poté s ní. Zároveň s tím dostala společnost zakázku na výrobu čtyř dalších (už "opravdových") orbiterů - Columbie, Challengeru, Discovery a Atlantisu.
Při kompletaci prvního orbiteru Columbia měl Boeing s některými částmi poměrně velké problémy. Největší byly asi s tepelnou ochranou, která je velmi křehká, složitá na manipulaci a samotné lepení na tělo orbiteru a hlavně - společnost s ní dosud neměla žádné zkušenosti (na Enterprise nebyla její "pravá" verze). Po dokončení nalepení malé části tepelné ochrany a jejímu podrobení vibračním testům se ukázalo, že dlaždice nejsou dost pevně nalepeny. Takže byly ztrhány a začalo se od znova. Pak prozměnu byly problémy s nalepováním dlaždic podle nového postupu, takže datum plánovaného dokončení stavby se muselo o několik měsíců odložit. Poté, kdy už byla míra zpoždění kvůli tepelné ochraně obrovská, bylo rozhodnuto převést rozpracovaný orbiter na Floridský mys Canaveral, kde bude lepení dlaždic dokončeno. To ovšem znamenalo nalepit na nedokončená místa provizorní tepelnou ochranu, aby nehrozilo, že bude hliníkový trup raketoplánu během letu poškozen. To si vyžádalo další zdržení.
Na Floridě byla konečně tepelná ochrana, skoro s půlročním zpožděním dolepena. První let (jeden ze čtyř zkušebních) raketoplánu Columbia do vesmíru započal 12. dubna 1981 a úspěšně skončil 14. dubna 1981. Společnost se hned po dokončení Columbie pustila do výroby dalších orbiterů, které už šly zdaleka né tak problémově. Po havárii raketoplánu Challenger při vzletu na misi STS-51-L bylo potřeba postavit nový orbiter jako náhradu. Raketoplány v té době létaly poměrně častěji než dnes, takže byl minimální počet čtyř letuschopných orbiterů nutný. Společnost tedy dostala ještě jeden a to úplně poslední úkol - postavit jeden orbiter, později pojmenovaný jako Endeavour. Po úspěšném dokončení jeho stavby a převezení na Floridu už nebyl výrobní závod na orbitery potřeba a byl zrušen. V roce 2003 havaroval raketoplán Columbia a byl stejně jako Challenger zcela zničen. NASA nezbývá nic jiného, než se třemi funkčními orbitery (Discovery, Atlantis a Endeavour) dostavět stanici ISS pokud možno do konce finančního roku 2010 (což znamená do 30.září 2010) a poté (podle doporučení prezidenta Busche) bude program Space Shuttle ukončen a Amerika začne vyvíjet nové kosmické lodě s nosnými raketami.




Ještě se ale vrátíme poněkud do počátků projektu a objasníme si, co vlastně v první podobě obsahoval.




Podle tohoto obrázku je vidět, že byl projekt až neuvěřitelně rozvinutý a počítal s absolutním využitím vyprojektovaných součástí s tím, že se některé ještě podle potřeb určitého nosiče upraví. Počítalo se s pilotovanými i nepilotovanými variantami nosičů - těch nepilotovaných bylo ale mnohem více. Vezměme si tedy všechny nosiče popořadě:

1.EDIN05: Jedná se o pilotovaný nosič používající jeden obrovský urychlovací blok na kapalné pohonné látky umístěný pod odhazovací nádrží ET. Kosmická loď byl v tomto případě "klasický" orbiter raketoplánu používající tři motory SSME. Urychlovací blok by poháněly tři nebo čtyři motory F1 (použité v raketě Saturn V, která byla i s motory vyprojektována jako součást programu Apollo) nebo tři vysoce výkonné motory, které by ale musely být nově vyvinuty.

2.Boeing SDV: Nepilotovaný nosič používající ke svému pohonu dva urychlovací bloky SRB (Solid Rocket Booster) na tuhé pohonné látky a tři motory SSME. Užitečné zatížení by bylo ukryto v aerodynamickém krytu a přichycené na odhazovací nádrži ET. Gondola s motory SSME by byla samostatně uchycena vzpěrami na nádrži ET a kontejneru s užitečným zatížením z důvodu jeho bezproblémového oddělení. Tento nosič by sloužil na vynášení poněkud menších družic, modulů, automatických sond, atd. Znovu použitelné části by byly bloky SRB, které by spadly na padácích do moře a gondola s motory SSME, která by obdobným způsobem ( za použití tepelného štítu) také dosedla na vodní hladinu.

3.Shuttle: V tomto případě se jedná o jedinou realizovanou část projektu - kosmický raketoplán se svojí klasickou startovní sestavou, nádrží ET (External Tank) a dvěma pomocnými bloky SRB (Solid Rocket Booster). Všechny tři části jsou k sobě přichyceny závěsy s výbušnými šrouby, které se elektronicky aktivují po dokončení činnosti jednotlivých částí (nejdříve cca. po dvou minutách bloky SRB a poté, po dalších necelých sedmi minutách i nádrž ET). Po dokončení mise jsou zachráněny a k dalšímu použití (po obsluze a případných opravách) připraveny bloky SRB a samotný orbiter. Nádrž ET shoří v zemské atmosféře při návratu ze suborbitální dráhy.

4.Martin SOV 1982: Nepilotovaný nosič používající dva klasické urychlovací bloky SRB a tři motory SSME. Byl by používán při vynášení větších nákladů s možností připojení posledního urychlovacího stupně. samotný stupeň s motory SSME by se po vyložení užitečného zatížení byl schopný vrátit na Zem. Tento nosič si je sestavením velmi podobný s nosičem Shuttle C (viz. níže).

5.Martin LRB 1982: Pilotovaný nosič, kde je kosmická loď dnešní orbiter. Místo dvou urychlovacích bloků SRB by používal dva o něco větší bloky LRB (Liquid Rocket Booster) na kapalné pohonné látky. Tři motory SSME by zůstaly nezměněny. Nosnost orbiteru by použitím bloků LRB zvýšila až na 38 tun užitečného zatížení. Každý blok LRB by měl tři motory spalující kapalný kyslík a kerosen.

6.Shuttle FW SRM: Další upravená verze pilotovaného nosiče. V této verzi ale nejvíce změn postihlo samotný orbiter. Ten by v této kategorii měl mít většinu pláště vyrobenou z pevných a velmi lehkých kompozitů, vylepšené motory SSME vážící 3770 kg (jeden) oproti těm starým, které měly 4688 kg (toto vylepšení motorů bylo aplikováno do reality a tyto nové motory se v raketoplánu stále používají). Dále měl mít orbiter všechna zařízení, která se ovládají hydraulicky (třemi poměrně rozměrnými a těžkými turbočerpadly APU - Auxiliary Power Unit) ovládána o hodně lehčími servomotory a mnoho dalších vylepšení. Celková hmotnost orbiteru by všemi těmito úpravami poklesla až o 16%.

7.Shuttle ASRM: Tato verze pilotovaného kosmického raketoplánu by používala upravené pomocné vzletové bloky ASRM (Advanced Solid Rocket Motor). Ty by opět umožňovaly vynést na oběžnou dráhu o něco těžší náklady. Konečná efektivita tohoto upravení by byla ale spíše menší než u verze s bloky na kapalné pohonné látky, protože by zaprvé nedávala tolik výkonu a za druhé by byla náročnější na obsluhu. Klasické neupravené bloky SRB na tuhé pohonné látky se při startech raketoplánů stále používají a ze zatím provedených 119-ti letů zradily jen jednou, při letu raketoplánu Challenger STS-51-L. Od té doby byly modernizovány a bez problémů slouží a budou sloužit při dalších startech.

8.Shuttle C: Nepilotovaný dopravní nosič používající k vzletu dva klasické bloky SRB a dva motory SSME (existovaly ale i návrhy, kde by nosič měl tři nebo maximálně čtyři motory SSME pro zvýšení nosnosti). Vlastní kosmická loď by měla dva motory OMS, které by ho společně s nákladem dostaly až na orbitální dráhu. Tam by bylo užitečné zatížení vyloženo a kosmická loď by se vrátila do atmosféry stejně jako kabina Sojuz - po zbrzdění o atmosféru by byly v určité vzdálenosti vystřeleny brzdící padáky a loď by bezpečně přistála na Zemském povrchu. Kosmická loď by v tomto případě byla víceméně jen neokřídlený orbiter zbavený zařízení zabezpečujících život posádky, atd. Jeho nákladový prostor by byl 4,6 metrů široký a 24,7 metrů dlouhý a jeho nosnost by tedy byla asi 45 tun na nízkou oběžnou dráhu kolem Země.

9.Shuttle C Block II: Jak již název napovídá, jedná se o koncept odvozený z nosiče Shuttle C. Tento nosič by používal vzletové bloky ASRM a dva motory SSME. Nákladový prostor kosmické lodi by byl 10 metrů široký a 30 metrů dlouhý - oproti Shuttle C tedy obrovský rozdíl. Rozměry tohoto nákladového prostoru a síla motorů ASRM by umožňovaly uložit a dopravit na nízkou oběžnou dráhu kolem Země užitečné zatížení těžké až 50 tun.

10.Shuttle Z: Další odvozenina z konceptu Shuttle C. Ovšem kosmická loď tohoto nosiče je větší než celá nádrž ET. Nepoužívala by žádné zdokonalené vzletové bloky. K těm obyčejným by se ale přidaly hned čtyři motory SSME. Pokud mají tři motory SSME při plném tahu výkon 37 milionů koňských sil, tak čtyři by měly výkon celých 49,33 milionů HP. To by tedy kosmické lodi, která by v tomto případě vážila 95,3 tuny poskytovalo dostatečný tah k dostání se na suborbitální dráhu. Tam by bylo užitečné zatížení vyloženo a s použitím urychlovací rakety by se dostalo až na operační dráhu. Náklad by v tomto případě mohl mít až 87,5 tuny. Kosmická loď by se dostala na Zem stejně jako u Shuttle C.

11.Heavy Lift Carrier 2008: Čtvrtý a poslední odvozený koncept od Shuttle C. Ke vzletu by byly použity upravené bloky SRB (bylo by jim přidáno několik segmentů s palivem, takže by dosahovaly většího tahu) a dva motory SSME. Nákladový prostor kosmické lodi by byl 6,5 metrů široký a 25 metrů dlouhý. Maximální hmotnost užitečného zatížení by byla 73 tun.

12:SRB CEV: Toto je první koncept postrádající klasické rysy všech výše jmenovaných odvětví projektu Space Shuttle. Tato raketa si je celým způsobem zpracování velmi podobná s níže jmenovaným nosičem CLV (Crew Launch Vehicle). Třetí stupeň této rakety již představuje užitečné zatížení s nějakým urychlovacím stupněm, který ho dopraví na oběžnou dráhu odpovídající jeho požadované činnosti. Koncept této rakety vznikl až v roce 2004 - později byl ale spolu s Heavy Lift Carrier 2015 (viz. níže) zrušen, protože byly vyvinuty dvě velmi podobné rakety, které ovšem budou sloužit k úplně jiným účelům. Nové čistě nákladní rakety již zkrátka nejsou potřeba.

13:Heavy Lift Carrier 2015: Tento obrovský nákladní nosič je jeden ze dvou "novodobých" konceptů spadajících do projektu Space Shuttle. Jeho zpracování bylo dokončeno v roce 2004 stejně jako u předchozího konceptu. Je víceméně stejný s níže jmenovaným cargo LV. Tato část projektu byla ovšem zrušena - v činnostech, které by raketa umožňovala nebyla ani jedna, která by byla potřeba.

14:CLV: Nynější název tohoto nosiče je Ares I. Jedná se o jednoduchou pilotovanou raketu jejíž zpracování se koncepčně vrací do 80. let - dá se tedy laicky říct, že je to "klasická raketa". Některé jeho součásti plynou z ozkoušených částí dnes používaného raketoplánu. První stupeň rakety bude víceméně jen upravený blok SRB (bude to poprvé, kdy bude u prvního stupně pilotované rakety použit motor výhradně na tuhé pohonné látky). Druhý stupeň už bude úplně nový - bude poháněn jedním motorem J-2X na kapalné pohonné látky (kapalný kyslík a kapalný vodík).
První vývojový stupeň tohoto motoru byl již v kosmonautice používán pod názvem J-2 v druhém stupni měsíční rakety Saturn V - tento motor je tedy jen vylepšením starého konceptu. Třetí nosný stupeň již tato raketa nemá - už následuje jen kosmická loď Orion s maximálně čtyřčlennou posádkou. Tato raketa bude použita výhradně k vynášení kosmické lodi Orion, která bude sloužit k výměnám stálé posádky na Mezinárodní vesmírné stanici, později, pokud bude vyvinuta nákladní verze této lodi, tak bude na stanici dovážet i náklad. Dále bude používána pro pilotované mise na Měsíc společně s měsíčním přistávacím modulem (viz. níže) a v budoucnosti možná i dále, ovšem to už je moc daleko na to, aby jsme to v této chvíli mohli usoudit. První zkušební start Ares I je v současnosti plánován na rok 2009.

To je prozatím vše. Na pokračování se můžete těšit v druhém díle tohoto článku.


Obecně o celém projektu Space Shuttle, část druhá

16. července 2009 v 12:51 | Tomáš Kovařík |  System
V druhém a posledním díle tohoto článku se kromě dokončení popisu odvětví projektu Space Shuttle zaměříme speciálně na obecný popis dnešního raketoplánu.

15:Cargo LV: Nyní se tento nosič jmenuje Ares V, což je spolu s Ares I velmi známý název. Tato nákladní raketa bude v budoucnosti použita na vynášení měsíčního přistávacího modulu a pohonné jednotky (kterou bude tvořit třetí stupeň rakety) k pilotované misi na Měsíc. První stupeň rakety tvoří dva urychlovací pětisegmenční bloky SRB převzaté z raketoplánu. Druhý stupeň bude k pohonu používat pět kyslíkovodíkových motorů RS-68 převzaté z prvního stupně rakety Delta IV. První a druhý stupeň budou na Zemi zapáleny současně. Po několika minutách se oddělí urychlovací bloky a raketu bude pohánět už jen druhý stupeň. Ten dostane raketu až na nízkou orbitální dráhu, kde bude oddělen. Poslední třetí stupeň rakety, který tvoří pět motorů J-2X vytáhne náklad až na operační oběžnou dráhu. Tam bude užitečné zatížení (lunární přistávací modul) připojen k lodi Orion, která s astronauty odstartuje několik dní poté a třetí stupeň rakety Ares V nasměruje ze zbývajících zásob aliva celek směrem k Měsíci. Další plánované pokračování této měsíční mise je popsáno na mnoha odkazech. Ares V má stejně jako Ares I některá převzatá zařízení z dnešního raketoplánu - Ares V jich má mnohem více - např.: dva urychlovací bloky SRB, zvětšenou nádrž ET zásobující motory prvního stupně, atd.

S výjimkou posledních dvou nosičů a nosiče Shuttle byla ale všechna ostatní odvětví projektu zrušena. Nosiče SRB CEV a Heavy Lift Carrier 2015 byly zrušeny vlastně jen proto, že nebyly potřeba - místo nich ale vznikly dva velmi podobné nosiče (Ares I a Ares V). Ty ale poslouží k jiným účelům, než k vynášení nepilotovaných družic a sond. Zbytek nosičů byl zrušen jednak z finančních důvodů (nákladnost provozu všech odvětví "najednou" i přes první, velmi pozitivní odhady ceny jednoho startu, které se ale při provozu jediného realizovaného odvětví opravdu velmi zvětšily, si určitě dovedete představit…) a jednak proto, že se plánovalo (a bylo také realizováno) zařadit do programu startů raketoplánů i vynášení všemožných družic (od vojenských, přes všechny patřící NASA až po komerční meteorologické družice), takže zbývající koncepty byly vyhodnoceny jako víceméně zbytečné a tím pádem byly zrušeny.

V následujícím textu se opět omezíme jen na jediný realizovaný koncept projektu a povíme si o něm něco více. Podle prvních odhadů měl jeden start raketoplánu stát asi 10 milionů dolarů, což pro NASA představovalo obrovskou výhodu. Původní plány do budoucnosti dokonce počítaly s tím, že bude zastaven provoz všech raket a raketoplány budou bez problémů a hlavně levně schopny starty s týdenními intervaly zastat aktivitu všech raket za menší cenu. Situace financování a počtu startů za rok je v současnosti taková: Přípravy a samotný start jednoho raketoplánu se pohybuje v rozmezí 400-600 milionů dolarů a startuje se průměrně čtyřikrát do roka.
Nejvíce raketoplánů letělo v roce 1985 - tehdy se letělo devětkrát. Je to tedy oproti plánovaným odhadům docela velký rozdíl. Možná si někteří z vás říkají, proč tedy NASA raketoplány jednoduše nezruší a nezačne urychleně vyvíjet nový systém Orion s raketami Ares I a Ares V. Odpověď je jasná - když se s raketoplány začalo počítat jako se stavitelskou jednotkou pro Mezinárodní vesmírnou stanici, tak se všechny moduly dělaly přesně na rozměry nákladového prostoru raketoplánu. Jiná raketa, ať už americká, ruská nebo jakákoli jiná by je vzhledem k jejich velikosti a dalším požadavkům nemohla dostat do vesmíru. Rakety jsou dělány přesně pro užitečné zatížení určité hmotnosti a u každého typu je to odlišné. Navíc neexistuje raketa, která by byla schopná na oběžnou dráhu dostat lidskou posádku společně s užitečným zatížením - to zvládne jen raketoplán. Ten má ale ještě více schopností, které jiné kosmické dopravní prostředky nemají a v blízké budoucnosti jen tak mít nebudou. Mezi tyto schopnosti patří:

1. Již jmenovaná schopnost dostat na oběžnou dráhu posádku i náklad najednou. Toho je nejvíce využito při letech na Mezinárodní vesmírnou stanici, protože k úplnému připojení všech nových modulů je potřeba asistence astronautů při výstupu do volného prostoru. Ten obstarají členové posádky raketoplánu (zpravidla dva z palubních specialistů, kteří jsou na činnosti daného výstupu přesně připraveni z výcviku na Zemi). Na druhé straně je let bez posádky nemožný.

2. Schopnost vypouštět a hlavně opětovně zachycovat libovolné družice, které mohou být buď na oběžné dráze opraveny, nebo mohou být vloženy do nákladového prostoru a dopraveny zpět na Zem. Tato schopnost byla využita u obrovského množství družic - po havárii raketoplánu Columbia byly ale veškeré lety, které nemají nic společného se stanicí ISS zakázány. Poslední let mimo ISS se nakonec ale podařilo prosadit - opravu Hubblova vesmírného dalekohledu. Tuto misi si vyprosili hlavně vědci, protože zatím neexistuje žádný jiný teleskop, který by měl takový dosah a to ještě s výhodou, že není rušen vlivy zemské atmosféry.

3. Je možné vložit do raketoplánu i vědeckou laboratoř (tak zvaný SpaceLab, nebo později SpaceHab), kde budou po dobu letu prováděny vědecké experimenty. Raketoplán tedy poslouží jako krátkodobá vědecká laboratoř umístěná na oběžné dráze. Takových výzkumných misí bylo provedeno velmi mnoho - poslední byla známá mise raketoplánu Columbia STS-107, která bohužel skončila havárií při průletu atmosférou.

4. Do nákladového prostoru raketoplánu může být vloženo rozmanité množství věcí, které budou použity k experimentům, připojeny k vesmírné stanici, nebo k jinému kosmickému tělesu potřebujícímu opravu, nebo modernizaci. Zajímavým příkladem experimentů byla při letu raketoplánu Atlantis STS-61-B "stavebnice" z kovových tyčí, která po sestavení vytvořila přibližně 14 m dlouhý panel, který byl poté podroben zkouškám pevnosti a dalších vlastností. Další zařízení, které může být do nákladového prostoru raketoplánu vloženo je přechodová komora a stykovací zařízení. Tato dvě zařízení vysoce zvětšují samostatnost a univerzálnost raketoplánu. Ovšem přechodová komora byla použita už jen jednou při servisní opravě Hubblova dalekohledu - při ostatních misích, kde se raketoplán spojí pomocí stykovacího zařízení se stanicí ISS není přechodová komora potřeba, protože všichni astronauti používají k výstupu do volného prostoru přechodovou komoru modulu Quest.

Není tedy divu, že se představitelům NASA projekt líbil - sliboval totiž nahrazení všech dosavadních kosmických dopravních prostředků a ještě několik funkcí přidal. Všechny zmiňované funkce byly ve vesmíru mnohokrát využity. Hlavně při opravách poškozených nebo opotřebových družic. Ty byly většinou tak drahé, že pro NASA bylo výhodnější dát několik milionů za start raketoplánu, než nadobro ztratit družici, která mohla stát miliardu nebo i více dolarů.

Mnoho lidí v současnosti mluví o tom, že jsou raketoplány jednoduše zastaralé. To je ale jen velmi rozšířený omyl. Když totiž vezmeme v potaz všechna vylepšení, kterými raketoplány za těch asi 27 let prošly, tak vyjde najevo, že jsou to stále moderní stroje schopné bezpečně a spolehlivě fungovat. Je pravda, že v minulosti docházelo většinou při přípravách ke startu k problémům, které mohly klidně skončit katastrofou, např.: požár u motorů SSME, netěsnost palivového potrubí ve spoji mezi nádrží ET a orbiterem, poruchy hydraulických turbočerpadel APU (Auxiliary Power Unit) a další. Nikdy žádná porucha nezpůsobila havárii raketoplánu ještě před vzletem. V některých případech měl ale raketoplán na mále - např. při prvním letu raketoplánu Discovery na misi STS-41-D byl nejdříve problém při průběhu zážehové sekvence motorů SSME - palubní počítač dal kvůli problémům s palivovým ventilem řídícím průtok vodíku do jednoho z motorů příkaz k zastavení zážehové sekvence asi čtyři sekundy před startem. Ovšem v té době ještě nenaběhl motor číslo 1 a pracovníci v řídícím středisku nedostali od počítačů potvrzení, že byl motor vypnut (kdyby nebyl, tak může od plamenů z jeho expanzní trysky dojít k přehřátí povrchu nádrže ET a výbuchu jejích zásob paliva). Naštěstí ale byl vypnut. První nebezpečí bylo zažehnáno. Ale asi o tři minuty později došlo k požáru u motoru č. 3. Z jeho trysky začal unikat vodík, který se od rozžhavených ploch startovací rampy vzňal. Plamen byl poměrně velký - měl až tři metry a šlehal na povrch orbiteru. Technikům se podařilo opakovaně objevující plameny asi po dvaceti minutách uhasit tryskami zalévajícími rampu vodou. Tím byl problém vyřešen - raketoplán byl sice od plamenů poškozen, ale zůstal celý i s posádkou.
V minulosti se tedy poměrně často stávalo, že byl start ukončen např. 3 sekundy před vzletem, protože palubní počítače zjistily nějaký problém (a ve většině případů start ukončily oprávněně…). V současnosti se to ale už téměř nestává. Když je start odložen, tak většinou z důvodů špatného počasí a nikoli poruchy (a když už, tak nikdy ne tak závažné, jako byly v minulosti).

Pokud jde o havárie, tak ty byly jak známo dvě. Obě skončily smrtí posádky a zničením orbiteru (Challenger a později Columbia). Většině lidí tato skutečnost stačí k odsouzení spolehlivosti raketoplánů. Vezměme ale v úvahu např. ruský Sojuz. Tam byly také dvě havárie a všechny měly stejné následky jako u raketoplánů. Pořád se ale o Sojuzech mluví jako o velmi spolehlivém kosmickém dopravním prostředku. Je to samozřejmě oprávněné, protože více havárií nebylo a díky své jednoduchosti a mnoha modernizacím je loď také velmi spolehlivá. Ovšem raketoplány také další havárii nezažily. A vzhledem k jejich složitosti a modernizacím je jejich spolehlivost také obrovská.
Největší chybu vidí odborná i laická veřejnost ve způsobu provedení tepelné ochrany raketoplánu. Ta je udělána z křehkých materiálů obsahujících hlavně křemík a uhlík, které jsou ale na druhé straně velmi odolné proti teplu. Ovšem při poškození určitého místa odpadá jakákoli tepelná odolnost. Způsob provedení tepelné ochrany byl schválen již v prvních projektech hovořících o orbiteru raketoplánu. Pracovníci NASA hledající nejlepší způsob jejího provedení měli kromě této ještě jednu možnost. Ta spočívala v provedení z kovového tepelného pancíře (speciální slitiny velmi tepelně odolných kovů). Ten by byl na orbiteru naskládán způsobem částečného překrývání (zkrátka jako "šupiny na rybě") - poskytoval by jednak výbornou ochranu při průletu atmosférou a jednak by byl odolný proti poškození. Ovšem na druhé straně by byl hodně těžký.
Bylo tedy nakonec přistoupeno k druhé variantě. Při všech opatřeních, která udělal NASA proti odpadávání pěnové izolace z nádrže ET páchájící škody na tepelné ochraně je pravděpodobnost ulomení velkého kusu a ohrožení života posádky opravdu minimální. Musí se ale bohužel počítat s tím, že něco odpadne vždy, ať to orbiter zasáhne, nebo ne. Následky v případě zásahu postihují pouze finance NASA, které musí být po přistání dodatečně vydány na opravdu poškozeného místa.

Nyní se pozastavíme nad sestavením startovního komplexu raketoplánu. Jeho vzletovou část tvoří nádrž ET a dva postraní vzletové bloky SRB. Původně měla tato část sloužit i k vynášení výše jmenovaných verzí projektu. Potom by ji bylo možné srovnávat s ruskou raketou Eněrgija. Ta totiž se svými několika typy (některé ovšem nebyly realizovány)umožňovala vynášení několika typů kosmických lodí, z nichž byl pilotovaný jen raketoplán Buran.
Sestava Space Shuttle používá dva extrémně silné motory na tuhé pohonné látky (každý je po dobu hoření, což že asi 120 sekund schopný unést až 1000 tun) a jednu obrovskou nádrž nesoucí kapalné pohonné látky pro motory SSME. Tato část přemění dostatek energie, aby vynesla orbiter raketoplánu, který v době startu váží asi 120 tun (kdežto zbytek soustavy váží přibližně 1930 tun).

Samotné poskládání soustavy je podle některých lidí velmi nebezpečné. V klasické pilotované raketě jsou nádrže s palivem pod kosmickou lodí, ale tady je nádrž podél celého raketoplánu. Když by např. vybuchla palivová nádrž rakety Sojuz dvacet sekund po startu, tak by se aktivovaly záchranné motory na špičce rakety a oddělila by se kabina s kosmonauty. Motory by kabinu velmi rychle a za obrovského přetížení dostaly do bezpečné vzdálenosti od vybuchující rakety a o pár minut později by přistála na padácích. Kdyby ale dvacet sekund po startu vybuchla nádrž ET, tak je výsledek jasný. Výbuch, který se dá přirovnat k síle malé jaderné bomby by okamžitě rozmetal orbiter, ve kterém by ještě okamžitě explodovaly jeho zásoby pohonných hmot. Astronauti by zřejmě během méně než jedné sekundy zemřeli v důsledku obrovského tlaku a teploty.
Při misi raketoplánu Challenger STS-51L se stalo něco podobného, ale tam nastal výbuch v době, kdy bylo v nádrži o něco méně pohonných hmot. Dvacet sekund po startu by to dopadlo jinak. Na orbiter nelze namontovat žádná záchranná zařízení a ani do něj není technicky možné dát sedačky umožňující katapultování.

Posádka se může v nouzové situaci zachránit výskokem z raketoplánu s použitím padáku, ale tam je podmínka, že raketoplán nemůže být v moc velké výšce a nesmí mít moc vysokou rychlost. Druhou alternativou předčasného ukončení mise jsou záchranné manévry (RTLS -Return To Launch Site, TAL -Trans Atlantic Landing, ATO - Abort To Orbit a AOA - Abort Once Around). Tyto manévry jsou cestou k předčasnému ukončení mise, nebo v případě ATO k nouzovému navedení na oběžnou dráhu. Jejich použití je možné v případě výpadku jednoho nebo více motorů SSME během letu, nebo kvůli jinému závažnému problému během startu.
Žádný z manévrů předčasného ukončení mise nebyl nikdy použit. Jen jednou musel být použit manévr ATO z důvodu výpadku jednoho motoru SSME - raketoplán byl úspěšně naveden na nouzovou oběžnou dráhu, kde splnil většinu úkolů a poté se bezpečně vrátil na Zemi. Všechny manévry jsou nahrané v palubních počítačích a v případě jejich potřeby je počítač provede z větší části automaticky - velitel mise by raketoplán řídil jen v poslední části přistávání.

Koncept vícenásobně použitelného kosmického dopravního prostředku v podání kosmického raketoplánu předběhl především technickou úrovní svoji dobu a i přes to ho NASA dokázal od roku 1981 používat. Za celou historii provozu raketoplánů bylo uskutečněno 119 letů do vesmíru, z čehož skončily dva havárií a ostatní byly úspěšné. Právě kvůli jejich obrovské technické složitosti a náročnosti na údržbu jsou tak drahé.
Ukončení jejich provozu je plánováno po dostavění stanice ISS, což má být v roce 2010. Poté půjdou všechny existující orbitery do výslužby a NASA začne urychleně vyvíjet rakety Ares I a Ares V s kosmickou lodí Orion. Americká kosmonautika se koncepčně vrátí do 80. let, kdy byl provozován program Apollo.

Je pravděpodobné, že myšlenka vícenásobně použitelného kosmického dopravního prostředku nebude navždy zapomenuta. Naproti dosud používaným jednorázovým (nebo částečně znovupoužitelným - plánuje se na systém Orion) kabinám je to obrovská výhoda. Současná doba, i když technologii raketoplánů dovoluje používat, tak jen velmi draze a komplikovaně. Je tedy technicky a ekonomicky výhodnější přejít na klasické pilotované systémy, které ovšem budou mnohem větší a modernější než Apollo.


Za významnou pomoc s celým tímto i předešlým článkem děkuji panu Mgr. Antonínu Vítkovi Csc.

Vývoj pilotované kosmonautiky od počátku do současnosti

12. července 2009 v 18:55 | Tomáš Kovařík |  Obecně o kosmonautice
Jako začátek kosmické éry lidstva můžeme považovat rok 1957. Přesněji 04. 10. 1957 byla totiž vypuštěna první družice Světa - sovětský Sputnik. Toho roku začaly kosmické závody, ve kterých byly dvěma hlavními soupeři Sovětský svaz a Amerika.

Sovětům se z počátku ve všem dařilo mnohem lépe - povedlo se jim jako prvním vypustit na oběžnou dráhu Země první umělou družici a poté i prvního člověka. Američanům se to
povedlo také, ovšem vždy s určitým zpožděním. Absolutní převrat ale nastal, když se Američanům povedlo dostat člověka na měsíční povrch… Samozřejmě, že soupeření mezi Amerikou a Sovětským svazem nebylo jen o pilotované kosmonautice. Byla vypuštěna řada družic směřujících od oběžné dráhy Země až k Venuši, nebo ještě dále, ale v tomto článku se budeme věnovat pouze pilotované kosmonautice a jejím vývoji od počátku do současnosti.



Na technické provedení kosmických lodí, které vynášely vesmírné cestovatele do vesmíru, byly a jsou vždy kladeny o mnoho větší požadavky než na nepilotované družice - není divu, vždyť v družici nemusí být dokonale utěsněná přetlaková kabina, zásoby dýchatelné atmosféry a stovky dalších zařízení zajišťujících život astronauta v kabině. Nyní se podíváme na používanou kosmickou techniku nejprve Sovětského svazu a poté Ameriky:

Sovětský svaz:


První kosmickou lodí Světa byla kabina Vostok. Pomocí stejnojmenné nosné rakety se jich vydalo do vesmíru celkem šest. V samotné kabině bylo místo pro jednoho kosmonauta, kterému dokázala ze svých zdrojů zajistit až 10 dnů letu (nejdelší let trval jen přibližně 6 dní). Po rozhodnutí ukončit let byly zapáleny brzdící rakety (Vostok totiž neměl korekční raketové motorky, takže nebylo možné měnit jeho orientaci v kosmickém prostoru). Po ukončení jejich činnosti začala dráha kosmické lodi klesat, až nakonec dosáhla hustých vrstev zemské atmosféry. Když jí loď prolétla, tak byly asi ve výšce sedmi kilometrů vystřeleny brzdící padáky, které zbrzdily kabinu natolik, že mohla bezpečně přistát kdesi v kazašské stepi. Kosmonauti měli možnost se ještě před dosednutím lodi katapultovat a přistát na padáku nedaleko od lodi. Všechny lety Vostoků dopadly úspěšně - bylo jimi mimo politických cílů potvrzeno, že je vůbec možné, aby člověk pobýval v kosmickém prostoru.


Po ukončení provozu Vostoků bylo rozhodnuto rychle vyvinout nový typ kosmické lodi, která byla později nazvána Voschod.
Můžeme o ní víceméně mluvit jako o zmodernizovaném a zvětšeném Vostoku. Byl to totiž jen velmi rychle vyvinutý meziprogram, který měl sloužit do té doby, než bude vyvinuta nová kosmická loď sloužící dlouhodobě. Mezi její novinky můžeme mj. považovat možnost společného letu dvou kosmonautů, nebo krátkého výstupu do volného prostoru pomocí malé skládací přechodové komory. Voschody absolvovaly jen dvě mise - při letu Voschod 2 byl také proveden historicky první výstup do volného prostoru. Kosmonaut Alexej Leonov při něm strávil celkem 24 minut v kosmickém vakuu (oproti plánovaným 10-ti minutám). Kvůli problémům s "nafouknutím" skafandru se kosmonaut nemohl dostat do přechodové komory - nakonec to vyřešil upuštěním vnitřní atmosféry skafandru a bez problémů se dostal do lodi.


Sovětský svaz už před začátkem vývoje Voschodů vyvíjel novou kosmickou loď známou pod jménem Sojuz. Tato loď je velmi známá a to hlavně proto, že ji Rusko používá ještě v současnosti. Skládá se ze tří oddělitelných částí - z přístrojové, návratové a obytné. V přístrojovém úseku jsou uloženy všechny nádrže s pohonnými látkami, systémy zabezpečující život astronautů (v hermetizované sekci), motory a další zařízení. Návratový úsek je vybaven na překonání tepelného namáhání při průletu atmosférou a následnému přistání. Kosmonauti v něm také sedí při startu - je odsud celá kosmická loď řízena. V obytné části je místo pro spánek astronautů, jsou zde uloženy zásoby potravin a vody a také je tato část vybavena stykovacím uzlem používaným při spojování se stanicemi Saljut a poté s ISS. Sojuzy startovaly do vesmíru vždy jako užitečné zatížení rakety Sojuz. Absolvovaly už přes sto letů z nichž dva skončily havárií. První havárie byla hned při prvním letu této lodi, při vystřelení hlavního padáku došlo před přistáním k zamotání jeho šňůr se stabilizačním padákem a tím byla znemožněna jeho funkce - kosmická loď se vysokou rychlostí zřítila na Zem a kosmonaut Vladimir Komarov v ní zemřel. Druhá havárie se odehrála přibližně čtyři roky na to při letu Sojuz 11. Tam se asi 30 minut před plánovaným přistáním neplánovaně otevřely vyrovnávací ventily, které během několika vteřin vypustily z lodi atmosféru. Kosmonauti upadli do bezvědomí a poté zemřeli. Loď s nimi bez problému přistála, ale pátracím týmem byli nalezeni mrtví. Sojuzy prošly několika výraznými modernizacemi a v současné době jsou spolu s raketou Sojuz považovány za velmi spolehlivé kosmické dopravní prostředky.



Po prohraném souboji o dostání člověka na Měsíc se Sovětský svaz rozhodl soustředit se na dlouhodobé umístění obyvatelné kosmické stanice na nízké oběžné dráze kolem Země. Takové stanice jsou velmi výhodné, protože je v nich mnohonásobně více místa na provádění vědeckých experimentů, než v kosmické lodi. První taková stanice, která byla vypuštěna do vesmíru se jmenovala Saljut. Šlo o stanici "z jednoho kusu" opatřenou jedním a od letu stanice Saljut 6 dvěma stykovacími uzly, na které se připojovaly kosmické lodě Sojuz s kosmonauty. Stanic bylo postupně vypuštěno celkem sedm a z toho jich bylo šest úspěšných (u stanice Saljut 2 se vinou špatně provedeného manévru stanice uvedla do nestabilizovatelné rotace, a tak byla samovolně navedena na sestupnou dráhu a později shořela v zemské atmosféře). Bylo v nich stálými posádkami provedeno obrovské množství vědeckých experimentů a také získala sovětská kosmonautika mnoho užitečných informací a zkušeností.


Po ukončení provozu Saljutů, které potvrdily, že má smysl pokračovat v projektech pilotovaných kosmických stanic bylo rozhodnuto dostat na oběžnou dráhu Země jednu obrovskou modulární stanici, která bude narozdíl od Saljutů sloužit mnohem delší dobu. Stanice, která byla později nazvána Mir se skládala celkem ze sedmi modulů. Každý z nich měl jinou specifikaci a byl podle ní také používán - většina byla zaměřena na vědecké experimenty. Jeden modul měl ale úplně odlišné poslání - byl to Docking module. Ten totiž zajišťoval spojení s americkými raketoplány Space Shuttle. Amerika požádala Rusko o svolení s několika lety raketoplánů k Miru v rámci testování a příprav na stavbu nové kosmické stanice. Rusko (samozřejmě za přiměřený poplatek) souhlasilo. Ke stanici bylo ale potřeba dopravit modul, který bude zajišťovat hermetické spojení mezi raketoplánem a stanicí. Ten byl později nazván Docking module - byl vyroben v Rusku, poslán do Ameriky, kde byl raketoplánem vyvezen a připojen k Miru. Raketoplány zakotvily u Miru celkem devětkrát, přičemž tam vždy nechaly jednoho člena stálé posádky, který byl později při další misi vyměněn. Některé stálé posádky stanice neměly svůj pobyt vůbec jednoduchý - staly se tam mnohé události, které v některých případech i ohrožovaly životy kosmonautů. Ta asi nejvážnější byla srážka s kosmickou lodí Progress při testování nového navigačního systému. Tehdy byla proražena stěna jednoho z modulů a začala z něj unikat atmosféra. Kosmonauti rychle zareagovali a poškozený modul hermeticky uzavřeli. Několik měsíců po nehodě vystoupili dva kosmonauti do poškozeného modulu (takovým kosmickým vycházkám se říká IVA - IntraVehicular Activity), a opravili ho. Stanice tedy mohla zase normálně fungovat. Mir fungoval na oběžné dráze Země přibližně 15 let. Za tu dobu se tam vystřídalo 30 základních posádek. Po rozhodnutí, že už stanice není potřebná bylo rozhodnuto její pouť po oběžné dráze Země ukončit. Pomocí motorů kosmické lodi Progress byla snížena její dráha tak, že stanice začala rychle klesat, až nakonec z většiny shořela v zemské atmosféře a menší část úlomků, které přežily průlet atmosférou, dopadly do oceánu.


Spojené státy americké:

První kosmickou lodí Ameriky byla kabina Mercury. Byla to kosmická loď tvaru komolého kužele s válcovitým zakončením na přední straně. Normálně dokázala ze svých zdrojů zprostředkovat jednomu kosmonautovi až pět hodin letu, ale mohla být upravena a vydržela více než 24 hodin (nejdelší let trval přibližně 34 hodin). Byla vynášena dvěma typy raket podle toho, jaký byl cíl mise: K balistickým letům byla použita raketa Redstone a k letům do vesmíru byl použit silnější Atlas D. Amerika před samotnými kosmickými lety lidí tuto loď velmi pečlivě testovala. Hned při prvním letu této kosmické lodi, která ale byla bez jakékoli posádky, došlo k explozi nosné rakety. Poté došlo k několika balistickým letům, kde byla v kosmické lodi buď lidská figurína, nebo šimpanz a později absolvovala balistický let i lidská posádka. Až po ukončení těchto testů byl vyslán na stabilní orbitální dráhu astronaut Jonh Glenn. Stal se tak prvním zástupcem Ameriky, který dosáhl oběžné dráhy kolem Země. Po něm se do vesmíru v Mercury vydali ještě tři astronauti. Po ukončení misí se všichni nechali slyšet, že jejich dojmy z mise jsou spíše negativní. Každou chvíli se totiž v kabině něco porouchalo - při letu Johna Glenna se porouchal systém automatické stabilizace a další poruchy, při dalších letech se např. porouchal výměník tepla v skafandru, takže astronauti víceméně ani nemohli spát, aby ho stíhali seřizovat. Pokud srovnáme Mercury s Vostokem po technické stránce, tak je jasným vítězem Vostok. Nejen, že byl větší, umožňoval kosmonautům větší komfort a delší let, ale i jeho palubní systémy byly spolehlivější.


Podobně jako u sovětského Voschodu byl v Americe vyvinut program Gemini, který byl jakýmsi meziprogramem mezi Mercury a Apollo. Jeho úkolem bylo hlavně otestovat schopnosti manévrování a spojování na oběžné dráze Země. Tvarově byl hodně podobný lodi Mercury, ale mnohem větší. Do kabiny se vešli dva astronauti, kteří zde mohli pobývat až dva týdny. Kosmická loď měla také přechodovou komoru pro jednoho astronauta. Během letu Gemini 4 byl proveden první výstup Američana do volného prostoru - astronaut Edward White při něm strávil celkem 23 minut mimo kosmickou loď (původně bylo plánováno jen 15 minut). Výstup proběhl bez problémů a astronaut ho asi 36 minut po zahájení ukončil - do časového údaje je počítán i čas, kdy byl astronaut v přechodové komoře. Všechny kosmické lodě vynášela raketa Titan 2. Bylo uskutečněno celkem 12 startů této lodi. Všechny byly úspěšné a Amerika jimi získala spoustu cenných informací pro další plánovaný kosmický program.


V roce 1961 vyhlásil prezident USA John Fitzgerald Kennedy, že se Amerika pokusí dostat prvního zástupce lidí na povrch Mesíce. Tím vlastně pomyslně nastartoval program Apollo. Jeho hlavním cílem bylo dostat člověka na povrch Měsíce. K tomu byla použita kosmická loď Apollo, lunární přistávací modul a obrovská raketa Saturn V. Kosmická loď Apollo umožňovala společný let až tří astronautů a byla používána jako hlavní obytná a řídící jednotka po víceméně celou dobu letu i s přistáním (byla vybavena tepelným štítem a padákovým systémem). Lunární přistávací modul měl místo pro dva astronauty a jeho úkolem bylo dostat je na měsíční povrch a poté zpátky na oběžnou dráhu Měsíce, kde se spojil s kosmickou lodí Apollo, kosmonauti do ní přelezli a přistávací modul byl odhozen. Raketa Saturn V vynesla celý tento komplex i se zásobami paliva pro let k Měsíci a od něj. Před samotným začátkem pilotovaných letů na povrch Měsíce byly uskutečněny čtyři testovací mise. Měly za úkol prověřit jednotlivé části sestavy a poté i navázat oběžnou dráhu Měsíce a provést tam několik zkoušek. Poté už přišlo na řadu samotné přistání na Měsíci.

První člověk, který se jako velitel mise Apollo 11 dotkl Měsíce, byl Neal Alden Armstrong - při stejné misi po něm ještě vystoupil Edwin Eugene Aldrin. Po tomto letu se na povrch Měsíce podívalo ještě 10 lidí z pěti misí Apollo. Misí Apollo 17 byla série letů na Měsíc ukončena. Havárie byly celkem dvě a z toho jedna se smrtelnými následky - ta byla hned u mise Apollo 1, kdy při pozemních přípravách lodi (kde byli astronauti hermeticky uzavřeni) jeden z přístrojů v kabině "hodil jiskru" a v atmosféře čistého kyslíku to vedlo k okamžité iniciaci požáru. Posádka lodi se udusila v obrovském množství vzniklého dýmu. Druhá havárie s poněkud mírnějšími následky se odehrála při letu Apollo 13. V dobách, kdy byla sestava na cestě k Měsíci, vybuchla kyslíková nádrž servisního modulu. To nejen, že znemožnilo přistání na Měsíci, ale i značně zkomplikovalo návrat na Zemi. Nakonec se ale astronautům podařilo kosmickou loď navést na dráhu k Zemi a následně přistát. Po ukončení měsíčních letů bylo rozhodnuto použít kosmickou loď Apollo a raketu Saturn V ještě na projekt první americké orbitální stanice (viz. níže) a poté jen loď Apollo vynesenou raketou Saturn I na první mezinárodní let jménem Sojuz-Apollo. Po ukončení všech těchto činností byl projekt Apollo ukončen. Skončila tak nejslavnější etapa americké kosmonautiky. Ale v té době již byl v plném proudu vývoj nové kosmické lodi, která předznamenala další obrovskou etapu kosmonautiky trvající dosud.

Onou vyvíjenou kosmickou lodí byl kosmický raketoplán Space Shuttle. Jeho hlavním úkolem bylo a dosud je vystavět Mezinárodní vesmírnou stanici - největší kosmický projekt všech dob, na kterém spolupracuje několik kosmických agentur najednou. O raketoplánech a Mezinárodní kosmické stanici jsou tu samostatné kategorie, takže tímto je tento článek uzavřen.



Užitečné odkazy

12. července 2009 v 14:15 | Tomáš Kovařík |  Obecně o kosmonautice
Skupina kosmonautických webů kosmo.cz je asi nejobsáhlejší v České Republice. Níže uvedený odkaz zahrnuje několik stránek, kde si všichni zájemci o kosmonautiku zajisté přijdou na svou.
______________________________________________
Tato stránka je určitě velmi známá mezi všemi, kteří často hledají informace ze všech možných vědeckých oborů. Stránka není jen o kosmonautice (kterou tam vzali opravdu vážně), ale zkrátka o všem.
______________________________________________
Web ian.cz jsou internetové noviny poskytující velmi seriózní informace z aktualit v astronomii a kosmonautice. Objevují se tam také články o Mezinárodní vesmírné stanici, raketoplánech a mnoho dalšího.
______________________________________________
Toto je stránka předního českého odborníka na kosmonautiku - Pana Mgr. Antonína Vítka.CSc. Jsou tam všechny informace o vypuštěných a zaniklých kosmických sondách, družicích a všech pilotovaných letech. Z misí raketoplánů a dlouhodobě z letu Mezinárodní vesmírné stanice je tam také denní zpravodajství ve formě tabulky s časovým rozpisem a prováděným úkonem posádky nebo techniky.
______________________________________________
Na této zahraniční stránce najdete odkaz na určitě nejlepší simulátor vesmírných letů na Světě. Obsahuje všechny možné pilotované i nepilotované mise - ať už jejich části, nebo naprosto celé - můžete odstartovat ze Země, navést raketoplán na oběžnou dráhu, tam plnit různé úkoly (např. vypustit, nebo zachytit Hubblův vesmírný teleskop) a poté provést brzdící manévr a dostat se s raketoplánem až na přistávací dráhu. Stejně tam můžete létat s celou řadou dalších pilotovaných i nepilotovaných nosičů - skutečných, nebo vymyšlených. Tento simulátor je ovšem také víceméně náročný na ovládání, ale s množstvím českých návodů (viz. níže) se dá zvládnout opravdu vše.
______________________________________________
Zde je stránka, kde se dá na Orbiter stáhnout obrovské množství nových kosmických, ale i jiných dopravních prostředků. Vše je tam rozděleno do kategorií - letadla, kosmické lodě, videonávody, sci-fi, nebo všelijaké bláznivé věci. Dá se tam stáhnout vše od létajícího hamburgeru a autobusu (a to si opravdu nedělám legraci), přes nosné rakety řady Ariane, až po vysokorychlostní letoun Blackbird.
_______________________________________________
Na těchto stránkách se dá najít spoustu velmi dobře udělaných návodů, přednahraných tutorialů a dalších textů do různých misí simulátoru Orbiter.

Raketové motory a jejich typy

16. března 2009 v 20:58 | Tomáš Kovařík |  Obecně o kosmonautice
Úkolem tohoto článku je podat základní informace o samotném fungování a typech zařízení, která v současnosti celkem pravidelně dostávají tuny materiálu mimo naší planetu a urychlují jej buď na únikové rychlosti, nebo jen na oběžnou dráhu.



CHEMICKÉ RAKETOVÉ MOTORY:




Tah tohoto typu motorů vzniká reakcí většinou dvou chemických látek, které spolu po zapálení prudce expandují a po velmi rychlém dostání se z trysky motoru vytvářejí tah na principu třetího Newtonova pohybového zákona (akce a reakce).

1. Motory na kapalné pohonné látky (KPL):

Princip: Pohonná látka a okysličovadlo se turbočerpadly dopravují do spalovací komory raketového motoru, tam se smíchají, shoří a vniklé plyny jsou dopravovány do expanzní trysky, kde mnohonásobně zvětší svůj objem (tzv. expandují) a poté opustí trysku. Vše se děje při obrovské rychlosti (vezmeme-li v úvahu jeden hlavní motor amerického raketoplánu, tak ten za jednu sekundu spálí 468 kg pohonných látek - na raketoplánu běží současně tři a přes to tvoří jen dvacet procent nutného tahu pro vzlet! Energie vyvolaná těmito motory je tedy přímo nepředstavitelná…).

Výhody: Tyto motory mají vysoký tah, jeho velikost se může řídit regulací rychlosti turbočerpadel, mají vysoký specifický impulz (2500- 4000 N.s/kg) a mohou být několikrát za sebou zapnuty a vypnuty.

Nevýhody: Jsou velmi složité - obsahují velmi mnoho techniky a elektroniky.

Použití: Mohou se použít víceméně všude tam, kde je místo na uložení nádrže s pohonnými látkami a kde je potřeba velký tah a možnost opakovaného startu.

2. Motory na tuhé pohonné látky (TPL):



Princip: Pohonná látka je uložena ve spalovací komoře, kde po zažehnutí motoru postupně odhořívá, vzniklé spaliny jsou přirozeným tlakem odváděny do expanzní trysky a poté ven z motoru, kde vytváří tah.

Výhody: Mají obrovský tah, jsou jednoduché a velmi spolehlivé.

Nevýhody: Nedá se řídit velikost tahu, nedají se restartovat, mají velkou vlastní hmotnost, nižší specifický impulz (1500- 2500 N.s/kg).

Použití: Používají se jako pomocné urychlovací motory u pilotovaných i nepilotovaných kosmických dopravních prostředků.

3. Hybridní raketové motory:



Princip: Tyto motory v sobě mají zakomponované oba předchozí typy. Uvnitř spalovací komory je uložena tuhá pohonná látka a z nádrží se tam dopravuje kapalná. Tím se při činnosti dosáhne mnohem větší efektivity, než u předchozích typů motorů.

Výhody: Velmi vysoký tah a specifický impulz (až 4500N.s/kg), možnost řízení velikosti tahu a možnost restartu, i když tah motoru bude při dalších startech mnohem menší (tuhá pohonná látka bude vyhořelá).

Nevýhody: Velká vlastní hmotnost.

Použití: Používají se jen zřídka, v současnosti dokonce vůbec. Jejich budoucí využití bude zřejmě v turistických kosmických lodích, které budou cestovat na suborbitální dráhu (opíšou parabolu s nejvyšším bodem asi 100 km od Země a poté se vrátí k Zemi).

FYZIKÁLNÍ RAKETOVÉ MOTORY




K vyvinutí tahu u těchto motorů se používají jiné metody než zplynování paliva pomocí hoření, ale princip urychlení v expanzní trysce zůstává až na několik málo výjimek stejný.

1. Motory na stlačený plyn (nebo také plynové trysky):



Princip: Fungují na principu expanze stlačeného plynu do volného prostoru. V tlakové nádobě je pod velmi vysokým tlakem uložen plyn, který se přes ventil kontrolovaně upouští do trysky a tím vzniká tah. Pro regulaci tahu slouží zvláštní nádoba, do které se může plyn dočasně upustit.

Výhody: Tyto typy motorů jsou velmi jednoduché, spolehlivé, dají se restartovat a dá se řídit velikost tahu

Nevýhody: Malý specifický impulz (600-2000N.s/kg) a relativně malý tah.

Použití: Používají se jako orientační a stabilizační motory u některých typů kosmických lodí.

2. Motory elektrotermální:




Princip: pracovní látka je turbočerpadlem dopravována do ohřívací komory, kde je elektricky ohřáta na velmi vysokou teplotu - poté putuje až do expanzní trysky a zbytek prosecu je stejný jako u předchozích typů.

Výhody: Relativní jednoduchost, možnost restartu, možnost řízení tahu, vysoký specifický impulz (10000-35000N.s/kg).

Nevýhody: Krom pohonné látky musí mít motor i dostatek elektřiny a ta se nedá přepravovat jinak, než v rozměrných a těžkých akumulátorech.

Použití: Zatím nebyly nikdy použity.

3. Iontové motory:



Princip: Pracovní látka je ionizována a elektrostatickým polem urychlena určitým směrem ven.

Výhody: Obrovský specifický impulz (30000-300000N.s/kg).

Nevýhody: Mají velmi nízký tah, fungují jen ve vakuu.

Použití: Hlavně jako motory kosmických sond. Mohou totiž nepřetržitě běžet např. dva měsíce a za tu dobu je celá sonda pomalu urychlována k cíli. To je výhodné hlavně kvůli šetrnosti k vědeckému vybavení sondy.

4. Nukleární motory (atomové,jaderné):



Princip: Pracovní látka se ohřívá v atomovém reaktoru a poté je dopravována do expanzní trysky a z motoru ven.

Výhody: Vysoký specifický impulz (8000N.s/kg).

Nevýhody: Jejich výroba je velmi komplikovaná a drahá, navíc při selhání hrozí radioaktivní zamoření.

Použití: Zatím nebyly použity.

Pozn.: Princip nukleárního pohonu se kdysi plánovalo využít pro tzv. Projekt Orion. Tento typ pohonu ale s radiačním zamořením dokonce počítal! Samotná kosmická loď by byla urychlována výbuchy atomových pum v její spodní části obsahující tzv. tlačný plát s tlumiči. Síla každého výbuchu by údajně vyvolala přetížení maximálně 3G a kosmická loď by se tak i s posádkou mohla velmi jednoduše a rychle dostávat mnohem dále, než je s dnešním pohonem možné. Ale za jakou cenu… Nechat na Zemi a v její atmosféře vybuchnout 30 atomových náloží pro start jedné kosmické lodi by byl sebezničující krok pro planetu.

Následující video je už jen vize vylepšení tohoto projektu - v atmosféře by nevyužíval atomový pohon, ale klasické bloky na tuhé pohonné látky:




5. Fotonové motory:


Princip: Pracují na principu usměrnění velkého množství fotonů určitým směrem, které dokáže ve vakuu vyvolat tah.
Výhody: Obrovský specifický impulz (300000N.s/kg).
Nevýhody: Doposud není vytvořen efektivní způsob vytváření světla, navíc mají tyto motory velmi malý tah.
Použití: Zatím nepoužity.
______________
Zdroj: stránka www.kosmo.cz a Mgr. Antonín Vítek. Csc.



Slovník kosmonautických pojmů pro zaryté zájemce :)

16. března 2009 v 20:00 | Tomáš Kovařík |  Obecně o kosmonautice
Ne všichni rozumí zkratkám používaným v kosmonautice. Z jejich opravdu obrovského počtu zde najdete ty nejvíce používané:

SSME - Space Shutle Main Engines (hlavní motory raketoplánu).

SRB - Solid Rocket Bosters (Pomocné raketové motory na tuhé pohonné látky amerického raketoplánu).

ET - External Tank (Externí Nádrž startovní sestavy amerického raketoplánu).
OMS - Orbital Maneuvering System (Orbitální Manévrovací Systém). Dva motory umístěné na orbitální části raketoplánu, s jejichž pomocí se provádějí větší manévry na oběžné dráze.

T - _____ (Značí se tím určitý čas v průběhu mise, nebo častěji při předstartovních přípravách raketoplánu).

STS - Space Transporting System (Název původního konceptu amerického raketoplánu).

MLP - Mobile Launch Platform (mobilní vypouštěcí zařízení). Mobilní, opakovatelně použitelná vypouštěcí základna pro raketoplán.

ISS - International Space Station (Mezinárodní Vesmírná Stanice).

RMS - Remote Manipulating System (Dálkový manipulační systém). Robotická ruka používaná na americkém raketoplánu při operacích na oběžné dráze.

SSRMS - Space Station Remote Manipulating System (Dálkový manipulační systém stanice ISS). Mnohem větší obdoba manipulačního systému raketoplánu umístěná na Mezinárodní vesmírné stanici.

NASA - National Astronautics and Space Administration (Národní úřad pro letectví a kosmonautiku). Americká vesmírná agentura.

RCS - Reaction Control System (nepřekládá se). Soustava malých manévrovacích motorků různě rozmístěných po kosmické lodi. Pomocí krátkých kontrolovaných zážehů jednotlivých motorků se kosmická loď orientuje ve vesmírném prostoru.

OBSS - Orbiter Boom Senzor System (nepřekládá se). Speciální nástavec na dálkový manipulátor raketoplánu, s jehož pomocí je kontrolována jeho tepelná ochrana. Na jednom konci je uzpůsoben pro zachycení manipulátorem a na druhém je speciální kamera s vysokým rozlišením a lasery schopné objevit jakékoli poškození.

MPLM - MultiPurpose Logistic Module (nepřekládá se). Typ zásobovacího modulu pro Mezinárodní vesmírnou stanici dováženého raketoplány.

APU - Auxiliary Power Unit (nepřekládá se). Tři obrovská hydraulická turbočerpadla umístěná uvnitř raketoplánu. Zajišťují tlakování pracovní hydrauliky.

MECO - Main Engines Cut Off (hlavní motory vypnuty). Signál doručený do řídícího středicka hned po vypnutí hlavních motorů SSME - po jeho ověření může vydat řídící středisko souhlas s odpojením nádrže ET. Více o tomto v samostatném článku (Předstartovní operace a start raketoplánu).

EMU - Extravehicular Mobility Unit (nepřekládá se). Americký skafandr používaný na výstupy do volného prostoru na Mezinárodní vesmírné stanici.
Postupně jsou zde přidávány další.


Kam dál