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.
 

1 člověk ohodnotil tento článek.

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama