Dnes je okrúhle výročie dvoch veľmi významných kozmonautických udalostí. Viac sa hovorí o tej prvej. Preto som sa rozhodla viac priblížiť tú druhú, ktorá má pre mňa osobne a pre moju tvorbu väčší význam. Tento článok, vychádzajúci z môjho wikičlánku Program Space Shuttle, no bohato doplnený a vylepšený, som zverejňovala ako seriál na serveri i-Astrin. Nakoľko však tento server dostal novú podobu, sprostredkujem ho tu pekne celý pokope. Jeho záver si navyše môžete prečítať v predstihu oproti Astrinu.
Raketoplán Atlantis pri štarte na misiu STS-27. Zdroj: commons.wikimedia.org
12. apríl nie je tento rok len okrúhlym výročím štartu prvého človeka do kozmu, ale je tiež okrúhlym výročím štartu prvého raketoplánu v programe Space Shuttle. Priblížme si históriu najdlhšie trvajúceho a počtom štartov najväčšieho amerického programu pilotovaných letov. Čo predchádzalo výnimočnému dňu, v ktorom sa zo štartovacieho komplexu 39 vzniesol prvý viacnásobne použiteľný raketoplán Columbia?
Problematika viacnásobne použiteľného kozmického prostriedku sa na začiatku histórie pilotovaných letov preberala len okrajovo. Manévrovanie v atmosfére po návrate z kozmu výskumníkov zaujímalo skôr z dôvodu, aby stroj vedel pristáť vo vybranej oblasti a nedostal sa na nepriateľské územie, nie preto, aby sa s danou kozmickou loďou dalo letieť znova. Prvým projektom kozmického klzáku bol X-20 Dyna-Soar firmy Boeing. Na jeho realizáciu sa vynaložili značné náklady, ale v roku 1963 bol projekt zrušený v prospech vojenskej družicovej stanice MOL (neskôr tiež zrušenej). Tieto výskumy však boli prínosné pre ďalšie návrhy okrídlených kozmických lodí.
Umelecká predstava štartujúceho raketoplánu Dina-Soar, ktorého vývoj bol zrušený. Zdroj: commons.wikimedia.org
Projekt Space Shuttle nasledoval po programe Apollo, ktorého vyvrcholením sa stali pristátia amerických posádok na Mesiaci. Po tomto úspechu predniesla na prejednávaní budúcej koncepcie americkej kozmonautiky špeciálna komisia STG (Space Task Group) návrh cesty človeka na Mars. Ďalšie návrhy zahŕňali plány na stanicu na zemskej orbite, trvale obývateľnú mesačnú základňu a viacnásobne použiteľný kozmický dopravný prostriedok. Hlavným problémom realizácie týchto návrhov však boli financie. V roku 1971 dostala NASA od svojho založenia po prvýkrát znížený rozpočet. To znamenalo, že musela nielen zamietnuť úvahy o ceste na Mars a ďalších veľkolepých návrhoch, ale o rok neskôr predčasne skončil aj program Apollo. Jediným návrhom, v ktorom NASA ďalej pokračovala, sa stal vývoj viacnásobne použiteľného kozmického dopravného prostriedku.
Kozmická loď Apollo CSM-111 vyfotografovaná z paluby Sojuzu 19 počas letu Sojuz-Apollo. Išlo o posledný americký pilotovaný let až do štartu prvého raketoplánu. Zdroj: commons.wikimedia.org
Podľa slov prezidenta Nixona by sa mal vyvinúť lacnejší a menej náročný spôsob dopravy telies do kozmu, než akým boli nosné rakety. Tie totiž boli v priebehu štartu alebo krátko po ňom zakaždým zničené, respektíve viac nepoužiteľné. Kompletne funkčné potom zostali len ich náklady, kozmické lode, no aj tie iba do príprav na pristátie. Pred pristátím v atmosfére, či už v sovietskych alebo amerických kozmických lodiach, bola časť kozmickej lode odhodená a zanikla v atmosfére. Pristávala iba malá kabína s posádkou. A dokonca ani tá sa nedala opätovne použiť, pretože jej tepelný štít sa pri prechode hornými vrstvami atmosféry postupne vyparoval. Podobný proces prebieha aj v meteoroch. Tým tepelný štít zabraňoval, aby sa kabína zahriala pod vplyvom obrovského tepla, ktoré vzniká, keď kozmická loď odovzdáva svoju kinetickú energiu časticiam okolitej atmosféry. Vo výsledku tak síce posádka zostane v bezpečí, ale tepelný štít je po misii zničený.
Umelecké zobrazenie plánovaného vynesenia kozmickej stanice Skylab na vyššiu obežnú dráhu raketoplánom. Zdroj: commons.wikimedia.org
Projekt vývoja raketoplánu dostal veľkú podporu aj zo stany armády, ktorá chcela dopravu väčšiny budúcich družíc do kozmu previesť na raketoplány. Vývojový program bol schválený v roku 1972. Od raketoplánov sa tiež očakávalo, že zachránia a znovuosídlia prvú a jedinú americkú kozmickú stanicu Skylab, ktorá po opustení poslednou posádkou v roku 1974 postupne klesala do zemskej atmosféry. Stanicu mal vyniesť na vyššiu orbitu raketoplán pri misii STS-3, na ktorú začali v marci 1978 trénovať astronauti Fred Haise a Jack Lousma. Sklzy vo vývoji a príprave na štart prvého exempláru však spôsobili, že 15. decembra 1978 NASA priznala, že stanicu už nie je možné zachrániť.
Lacnejší, viacúčelový, viacnásobne použiteľný a častejšie štartujúci, meniaci kozmické lety na podobnú rutinu, akými sú lety lietadiel. Také boli prvotné predstavy o raketopláne. Čísla boli veľmi smelé – prvé predstavy počítali až so 150 štartmi ročne. Kedy a z akých dôvodov sa začali rozchádzať s realitou?
Spočiatku existovali dve možnosti, ako by mal viacnásobne použiteľný kozmický dopravný prostriedok vyzerať. Prvá spočívala v dvojstupňovom stroji, ktorý pozostával z dvoch samostatných okrídlených kozmických lodí. Druhý variant predstavoval len jedno okrídlené teleso, ktoré by nieslo dve odhadzovacie nádrže na kvapalný vodík a kyslík.
Rôzne koncepty raketoplánu. Zdroj: commons.wikimedia.org
V júni 1970 vypísalo vedenie NASA súťaž na spracovanie predbežného projektu raketoplánu. Vývoj dvojstupňového variantu raketoplánu sa však ukázal byť neúnosne drahým. NASA preto zvolila návrh jeden a polstupňového variantu raketoplánu, čo znamená variant, v ktorom prvý a druhý raketový stupeň pracujú súčasne, ale druhý omnoho dlhšie ako prvý. Tento návrh podrobne rozpracovávali firmy Grumman a Boeing. Návrh firmy Grumann vložil odhadzovaciu nádrž na kvapalný vodík a kyslík do jedného telesa aerodynamického tvaru, v ktorom sú tieto dve nádrže pod sebou. Počítal však s tým, že táto spoločná odhadzovacia nádrž sa pri každom lete zničí. Celý stroj tak už nemohol byť viacnásobne použiteľný. Nakoľko však boli náklady na vývoj takéhoto typu stroja menšie než neúnosne veľké náklady na vývoj kozmickej lode, ktorá by mohla zopakovať let celá, NASA pristúpila na túto možnosť. To síce zmenšilo náklady na vývoj, ale vzrástli náklady na prevádzku takejto kozmickej lode.
Vo finálnom návrhu sa Space Shuttle napokon skladal zo štyroch hlavných častí: z družicového stupňa (orbitera), ktorý bol jeho najzložitejšou súčasťou – niesol krídla, kabínu pre posádku, ako aj všetok náklad a hlavné motory, z odhadzovacej nádrže ET (najväčší konštrukčný prvok), z ktorej sa do družicového stupňa počas štartu privádza palivo (kvapalný vodík a kyslík), a z dvojice štartovacích motorov na tuhé pohonné hmoty (SRB). Zatiaľ čo orbiter a motory SRB boli znovupoužiteľné, pretože dokázali po splnení svojho účelu pristáť na Zemi (orbiter kĺzavým letom podobným pristávaniu lietadla; SRB na padákoch), nádrž ET pri každom lete zanikla zhorením v atmosfére. Orbiter bol pri návrate z kozmu chránený originálnym tepelným štítom, ktorý pozostáva z obrovského množstva navzájom veľmi tesne priliehajúcich žiaruvzdorných dlaždíc.
Podobne ako počet štartov ročne postupne klesali aj predstavy o počte použití každého orbitera. Pôvodné plány hovorili až o 500 letoch každého družicového stupňa, neskôr, po spresnení technických podmienok, poklesli na 100 letov, potom na 50 letov. Skutočnosť bola taká, že najväčší počet letov, ktoré kedy jeden orbiter absolvoval, bol 39.
Dňa 26. júla 1972 NASA oznámila, že hlavným dodávateľom raketoplánu a výrobcom jeho družicového stupňa bude firma North American Avation (dnes súčasť Boeingu). Prvotný kontrakt počítal s výrobou piatich letuschopných exemplárov orbitera. Prvá misia sa mala uskutočniť v roku 1978, dva roky po dokončení prvého prototypu. North American Avation bola prostredníctvom svojej pobočky Rocketdyne aj dodávateľom hlavných motorov raketoplánu. Zmluvy na výrobu ďalších častí, u ktorých sa nepredpokladal taký zdĺhavý vývoj, NASA uzavrela až neskôr. Výrobu odhadzovacej nádrže s palivom označenej ako External Tank (ET) dostala firma Martin Marietta (dnes súčasť firmy Lockheed Martin) a pomocné štartovacie motory vyrobila Morton-Thiokol (dnes súčasť spoločnosti Northrop Grumman). Detaily prvej koncepcie boli dokončené v októbri 1972. Práce na niektorých komponentoch dostali subdodávatelia.
Požiadavka na viacnásobné použitie stroja bola v programe Space Shuttle kľúčová. Prvé štúdie však podcenili jej náročnosť. Raketoplán musel mať dlhodobo zaručenú mechanickú a tepelnú odolnosť počas namáhania pri štarte a pristátí. V dôsledku toho bol preň vyvinutý aj celkom nový typ tepelného štítu.
Projekt sa stával finančne veľmi náročným. Nedarilo sa držať jeho vývojový harmonogram ani rozpočet. Odhady počtu štartov ročne boli čoraz triezvejšie. V roku 1975 sa počítalo priemerne so 60 letmi za rok. Prebiehala tiež intenzívna prestavba Kennedyho vesmírneho strediska. Na štart raketoplánov sa prispôsobil historický komplex 39, z ktorého štartovali aj lety programu Apollo. Vybudovala sa tiež pristávacia dráha.
V rámci vývoja stroja bolo vyrobených niekoľko prototypov raketoplánu určených len na pozemské skúšky. Jedna maketa raketoplánu dostala dodatočne meno Explorer. Bolo možné vstúpiť do jej interiéru a slúžila na rozmerové testy pri výrobe nádrže ET.
Samostatná fáza letu Enterprise s aerodynamickým nástavcom na chvoste. Zdroj: NASA
Dňa 17. septembra 1976 sa uskutočnilo slávnostné predstavenie prvého družicového stupňa raketoplánu (orbitera) a zároveň jeho odovzdanie NASA. Dokončili ho v Downey v Kalifornii. Pôvodne sa mal volať Constitution (Ústava), ale na základe celonárodnej listovej kampane bol na nátlak fanúšikov televízneho seriálu Star Trek nakoniec pomenovaný Enterprise. Enterprise však ešte nebol určený na vesmírne lety, hoci sa uvažovalo o jeho prestavbe na letuschopný exemplár (tá sa ale nikdy neuskutočnila). K tomu mu chýbali niektoré dôležité prvky, napríklad motory SSME. Slúžil len na atmosférické skúšky pristávania. Pristávanie kĺzavým letom bolo niečo, čo doteraz pri návrate z obežnej dráhy nemalo obdobu, chýbali poznatky a skúsenosti. Testy prebiehali tak, že špeciálne upravené lietadlo Shuttle Carrier Aircraft (SCA) vynieslo Enterprise do výšky okolo 10 km. Spočiatku, pri sledovaní základných aerodynamických vlastností, bol raketoplán počas celého letu pripevnený k lietadlu. Niekedy mal ešte aerodynamický nástavec na motorovej sekcii. Neskôr sa k skúšobným letom na chrbte lietadla pridala posádka raketoplánu.
Orbiter Enterprise samostatne plachtí vzduchom po odpútaní od lietadla Shuttle Carrier Aircraft v rámci testov pristátia. Na kýle má aerodynamický nástavec. NASA / Dryden Flight Research Center
Samostatné skúšobné lety niesli označenie Approach and Landing Tests (ALT) a zúčastnili sa ich dve dvojčlenné posádky. Pri nich sa Enterprise od lietadla SCA vo výške odpájal a potom sám kĺzavým letom pristával. Príprava posádok na let prebiehala v špeciálne upravenom lietadle Shuttle Training Aircraft (STA), v ktorom bolo miesto druhého pilota (vľavo) nahradené rovnakým riadením, aké je v raketopláne. Prvý let, pri ktorom lietadlo SCA uvoľnilo Enterprise na samostatný let, sa uskutočnil 12. augusta 1977. Samostatné lety raketoplánu prebiehali s aerodynamickým nástavcom, ale aj bez neho. Vykonávali sa tiež skúšky transportu raketoplánu na chrbte SCA na veľké vzdialenosti.
Skúšobné lety s Enterprise skončili v októbri 1977. Hoci tieto testy ukázali, že raketoplány sú schopné lietať v zemskej atmosfére a pristávať, objavili sa nové problémy a celý projekt sa dostával do časového sklzu. Kongres Spojených štátov zamietol finančné prostriedky na stavbu piateho raketoplánu – ich flotila sa preto skladala len zo štyroch strojov. Hoci vedenie NASA znížené finančné prostriedky stále veľmi kritizovalo, napokon NASA musela vyškrtnúť zo zoznamu realizovaných plánov aj ďalšie položky, napríklad stavbu bezpečnostných bariér pozdĺž pristávacích dráh.
Raketoplán Enterprise a posádky pilotujúce tento stroj počas testov pristávania. Zľava doprava sú to C. Gordon Fullerton, pilot prvej posádky; Fred W. Haise Jr., veliteľ prvej posádky; Joe H. Engle, veliteľ druhej posádky; Richard H. Truly, pilot druhej posádky. Zdroj: NASA
Oddelenie raketoplánu Enterprise od jeho nosného lietadla SCA. Test prebiehal už bez aerodynamického nástavca. Zdroj: NASA
Maketa raketoplánu Pathfinder pri testoch na začiatku roka 1977. Zdroj: (NASA-MSFC)
V roku 1977 bola v Marshallovom stredisku vesmírnych letov (Marshall Space Flight Center) postavená ďalšia maketa raketoplánu. Tento exemplár nebol schopný ani atmosférických letov, používal sa len na testovanie pozemných zariadení a prípravu personálu na práce so skutočnými raketoplánmi. Maketa raketoplánu dostala neskôr pomenovanie Pathfinder a v súčasnosti je vystavená v United States Space & Rocket Center v Huntsville v Alabame. Enterprise samotný je vystavený na vyslúžilej lietadlovej lodi Intrepid v New Yorku.
Na sklonku sedemdesiatych rokov sa program Space Shuttle pomaly, ale isto blížil k svojmu prvému letu. Hoci stroj bol sedemmiestny, posádky prvých, testovacích misií boli iba dvojčlenné. Na rozdiel od neskorších posádok sa však mohli zo stroja katapultovať.
V roku 1978 sa začala pripravovať prvá posádka na ostrý let. Tvorili ju veliteľ John Young a pilot Robert Crippen. John Young bol veteránom programu Apollo. O zahájení programu raketoplánov sa dozvedel práve počas prác na mesačnom povrchu. Robert Crippen bol námorný kapitán, nováčik, čo sa letov do kozmu týka. Bol však veľkým odborníkom na softvér používaný v raketoplánoch.
Posádka prvej misie raketoplánu: veliteľ Young (vľavo) a pilot Crippen (vpravo). Majú na sebe skafandre EES (Ejection Escape Suit), ktoré by ochránili posádky v prípade, že bude nutné sa v priebehu štartu alebo pristávania zo stroja katapultovať. Zdroj: NASA
Stavba prvého operačného raketoplánu sa začala 25. marca 1975 v Palmdale v Kalifornii. Dostala meno Columbia podľa rovnomennej lode, ktorej velil Američan Robert Gray, a ktorá ako prvá americká loď oboplávala svet. Podľa iných zdrojov bola pomenovaná po malej plachetnici, ktorá skúmala ústie rieky Columbia. Tento istý názov niesol aj veliteľský modul Apolla 11.
28. júna 1976 sa začala montáž kabíny pre posádku, v januári nasledujúceho roka konštrukcia vertikálneho stabilizátora. V júli 1978 bolo ukončené pripájanie dverí do nákladového priestoru ku konštrukcii orbitera.
Columbia krátko po zložení z lietadla SCA 24. marca 1979, kedy prvýkrát prišla na Kennedyho vesmírne stredisko. Zdroj: NASA
V marci 1979 bola Columbia prevezená z Palmdale na leteckú základňu Edwards. Termín odovzdania Columbie NASA však bol už prvý termín (hoci v tom čase dávno neaktuálny) predpokladaného štartu. Pri skúšobnom lete lietadla SCA s Columbiou na chrbte navyše niektoré z dlaždíc jej tepelnej ochrany odpadli a poškodili niekoľko iných dlaždíc. Stroj sa následne musel opravovať, a tak sa na Kennedyho vesmírne stredisko vydával s dvojtýždňovým oneskorením. Prišiel tam 24. marca, no ani vtedy ešte ani zďaleka nebol v letuschopnom stave. Chýbali mu ešte hlavné motory, pomocné generátory hydrauliky, palivové články, riadiace počítače, tepelná izolácia motorov a 7 800 doštičiek tepelnej ochrany (iný zdroj uvádza až 30 000). Columbia bola pritom prvý stroj, ktorý mal byť vybavený motormi SSME a kompletnou tepelnou ochranou.
Pracovník upevňuje dlaždice tepelného štítu na povrch Columbie. Zdroj: NASA
Prvý dátum štartu bol stanovený na 31. marec 1980. V auguste 1979 dostala Columbia motory SSME, s ktorými boli dlho značné technické problémy. Prvou kompletnou a letuschopnou časťou raketoplánu boli motory SRB – dvojica raketových motorov na tuhé pohonné hmoty, ktoré sa z boku pripájali k nádrži ET. Ich posledný test, po ktorom boli vyhlásené za letuschopné, sa uskutočnil 17. septembra 1979.
Pretrvávali však aj ťažkosti s tepelným štítom, ktorý bol, ako plno iných vecí, na kozmickú loď veľkou novinkou. V snahe ušetriť finančné prostriedky najala firma Rockwell International na lepenie doštičiek tepelnej ochrany vysokoškolských študentov, ktorí však prácu vykonali nespoľahlivo. Niektoré doštičky sa museli strhnúť a znova prilepiť. Nasledujúceho roku sa kritériá na dynamickú pevnosť tepelného štítu zvýšili, a tak bolo treba vymeniť ďalších 3 400 doštičiek. Medzi nimi i také, ktoré už raz boli menené.
Práca na pripevňovaní dlaždíc tepelného štítu. Zdroj: NASA
Už pred prvým štartom sa vyskytli obavy vyplývajúce z krehkosti dlaždíc, ktoré by mohli byť poškodené padajúcimi kusmi materiálu (najmä ľadu) pri štarte. Objavil sa dokonca návrh inšpekcie tepelného štítu pri prvom lete, ale nakoniec sa zrušil s tým, že dlaždice zodpovedajú kritériám. Napokon, hoci z prvého a 26 ďalších letov sa Columbia bezpečne vrátila, sa obavy ukázali byť opodstatnené. Pri misii STS-107 v roku 2003 totiž dlaždice chrániace ľavé krídlo Columbie poškodil počas štartu kus izolačnej peny odpadnutej z nádrže ET. Poškodenie bolo také závažné, že Columbia sa pri návrate do atmosféry rozpadla a celá jej sedemčlenná posádka zahynula.
Rekonštrukcia tepelného štítu prvého orbitera si napokon vyžiadala celý rok a skončila sa až 16. novembra 1980. V tomto roku program počítal už len zhruba so 40 štartmi za rok. To bol ale stále takmer desaťnásobok reálnej hodnoty, akú program počas svojho trvania dosiahol.
Prvý štartovací komplex raketoplánu po prevoze na odpaľovaciu rampu. Zdroj: NASA
24. novembra 1980 sa Columbia konečne mohla presunúť do montážnej haly Vehicle Assembly Building (VAB), v ktorej bola pripojená k nádrži ET. K ET sa z oboch strán symetricky pripájali motory SRB. Celý tento komplex bol zostavený na mobilnom vypúšťacom zariadení Mobile Launcher platform (MLP). Dňa 29. decembra sa MLP so svojím nákladom vydal na sedemhodinovú cestu na štartovací komplex 39A, kde začali záverečné skúšky.
19. marca 1981 došlo v priebehu pozemných testov k nehode. Po úspešnom zakončení záverečných predštartovných operácií chcela skupina technikov skontrolovať systémy motorov SSME (Space Shuttle Main Engines). Technici uvoľnili panel, v následku čoho došlo k úniku dusíka. V nedýchateľnej atmosfére čistého dusíku stratili vedomie, pričom jeden z nich na mieste zomrel, a o dva týždne na následky tejto nehody zomrel aj ďalší technik.
Prvému štartu predchádzalo viac ako štvordňové odpočítavanie, pričom plánovaný dátum štartu bol 10. apríl 1981. V tento deň si dvojčlenná posádka obliekla skafandre EES (Ejection Escape Suit) vyvinuté špeciálne pre prvé lety raketoplánov. Mali slúžiť na ochranu posádky v prípade, že bude nutné sa v priebehu štartu alebo pristávania zo stroja katapultovať. Ich súčasťou bol tzv. anti-G oblek, ktorý pri manévroch s veľkým preťažením vytláča krv zo spodnej časti tela do hornej, aby sa predišlo škodlivým účinkom preťaženia na ľudský organizmus. Do vlastného skafandra sa nastupovalo zozadu. Vesta, ktorá sa navliekala na vrch tohto skafandra, obsahovala padákovú výstroj a plávaciu vestu.
Pohľad na osvetlený raketoplán Columbia niekoľko týždňov pred jej prvým štartom. Zdroj: NASA/KSC
Prvá posádka Columbie v kabíne raketoplánu. Zdroj: NASA
Veliteľ a pilot už boli pripútaní vo svojich kreslách na palube raketoplánu. V tom však nastal problém so synchronizáciou jedného z počítačov. To znamenalo odklad štartu. Po šesť a pol hodine čakania posádka opustila raketoplán. Pilot Crippen sa nazdával, že riešenie problému s počítačom zaberie dlhú dobu. Na prekvapenie oboch členov posádky sa však už na druhý deň dozvedeli, že problém sa podarilo vyriešiť a štart je naplánovaný na nasledujúci deň, 12. apríla.
V určený deň teda posádka znova zaujala miesta vo svojich kreslách v kokpite Columbie. No rýchlo sa objavil ďalší problém – po sklopení priezorov na svojich prilbách astronauti nemohli dýchať. To však rýchlo vyriešili úpravou prípojok kyslíka. Ďalšie problémy sa už neobjavili.
Posádka misie STS-1 pred nástupom do vozidla, ktoré ju odvezie na štartovaciu rampu v deň prvého štartu Columbie – 12. apríla 1981. Zdroj: NASA
Pripravovaná misia STS-1 bola označovaná za najriskantnejší let v dejinách kozmonautiky. Všetky ostatné kozmické lode boli predtým vyskúšané v bezpilotnom režime (hoci Sojuz neveľmi úspešne, čo sa odrazilo na tragédii pri jeho prvom pilotovanom lete). Americký raketoplán, na rozdiel od neskôr vyvinutého sovietskeho, však nebol schopný absolvovať celú misiu v bezpilotnom režime. Jeho kritickou časťou bola záverečná fáza pristávania. Hoci v 21. storočí po modernizácii raketoplánov bol vyvinutý spôsob, ako by so strojom dokázali pravdepodobne úspešne pristáť technici riadiaci ho zo Zeme, začiatkom 80-tych rokov to bola ešte hudba veľmi vzdialenej budúcnosti. Neodskúšaný bol nielen samotný družicový stupeň raketoplánu, ale aj celá unikátna štartovacia zostava, čiže aj nádrž ET a motory SRB. Posádka musela úplne dôverovať konštruktérom a technikom, že sa pri prípravách stroja na let nezmýlili. Navyše v prípade havárie boli možnosti záchrany posádky chabé. V katapultovacie kreslá nemali astronauti veľkú dôveru. Ak by boli použité v priebehu štartu pred oddelením motorov SRB, posádku by spaliny týchto motorov zabili. V 99 % prípadoch havárie by pre posádku neostávala žiadna nádej.
STS-1
Iskrenie pod motormi SSME, ktoré malo vychytať prípadné zložky ich paliva. Do vystavenia raketoplánu prvej náročnej skúške zostáva niekoľko sekúnd. Zdroj: NASA
Columbia sa zapísala do dejín ako stroj, ktorý zlyhal. Spravodlivejšie by však bolo pamätať si ju ako stroj, ktorý vydržal. Tragická katastrofa totiž mohla nastať už v prvých sekundách jej úplne prvého letu.
Motory SRB nikdy neboli a nemohli byť testované pre zážih vo zvislej polohe, a navyše oba naraz. Preto v okamihu prvého štartu raketoplánu vytvorili oveľa silnejšiu akustickú vlnu, ako sa predpokladalo. Akustická vlna je pre štartujúcu raketu nebezpečná. Na zmiernenie jej účinkov pár okamihov pred zážehom motorov chrliče na rampe začali chrliť vodu, aby vytvorili vodnú clonu. No túto vodnú clonu vytvorili konštruktéri len na základe teoretických výpočtov. A ako sa neskôr zistilo, pri prvom štarte Columbie bola veľmi poddimenzovaná. Navyše zapaľovací plameň, ktorý zo špice motoru SRB smeroval palivovým kanálom nadol, strhával so sebou zrnká pevného paliva tohto motora. Tie boli cez dýzu vymrštené von a vznietili sa až pod rampou. Tým vznikla ešte nebezpečnejšia situácia. Nie kvôli samotným plameňom šľahajúcim mimo spaľovacej komory, ale kvôli zvukovým nárazom, ktoré tieto vzplanutia sprevádzali. V prvých milisekundách štartu bola zadná časť raketoplánu vystavená možno až dvojnásobnému či dokonca vyššiemu tlaku, než sa predpokladalo.
Historický okamih – Columbia vzlieta na svoju prvú misiu. V skutočnosti len okamih od katastrofy. Zdroj: NASA
Vzlet prvého raketoplánu zachytený z obslužnej veže. Zdroj: NASA
Táto zvuková vlna spôsobila družicovému stupňu raketoplánu dve hlavné poškodenia. Jedno nastalo dokonca v prednej časti orbitera, v mieste, ktoré bolo od zdroja tlakovej vlny najďalej. Tam sa zdeformovala opora okysličovadla motorčekov RCS – malých motorov, ktoré udržiavajú orientáciu a zabezpečujú otáčanie sa raketoplánu v priestore. Ešte väčší problém nastal na opačnom konci stroja: tlaková vlna vytlačila trupovú klapku (trupový elevón) z jej správnej polohy. Trupová klapka zohrávala kľúčovú úlohu pre pristávaní, bez nej nebolo možné stroj v atmosfére správne ovládal. Nefunkčnosť tejto klapky by s istotou skončila deštrukciou raketoplánu. Klapka sa ovládala hydraulikou. Pri jej vychýlení v okamihu štartu preto tlak v hydraulických potrubiach významne prekročil svoje hodnoty. Potrubie však, našťastie, nepopraskalo. Bolo totiž odolnejšie než malo byť podľa pôvodných plánov, dôvod takejto zmeny oproti plánu však nie je známy.
Posádka nič zlé netušila. Keď sa však po pristátí veliteľ raketoplánu, John Young, dozvedel o kritických problému štartu, vyhlásil, že ak by bol o nich vedel priamo pri štarte, bol by sa spolu s pilotom zo stroja katapultoval. Bol totiž presvedčený, že hydraulické potrubie nemohlo také vychýlenie trupovej klapku vydržať. Vzhľadom na to, že ani katapultáž vo veliteľových očiach nedávala veľké šance na prežitie, je zjavné, že neveril tomu, že takúto udalosť môže Columbia zvládnuť. Životy posádky tentoraz zachránila ich neznalosť celej situácie.
Prvý štart raketoplánu zachytený z iného uhla. Zdroj: NASA
Kabínou pre posádku otriasali počas vzletu silné vibrácie. Pilot Crippen ich prirovnal k jazde po dedinskej ceste plnej výmoľov. Tie však boli v poriadku a sprevádzali aj každý nasledujúci vzlet. Šesť sekúnd po štarte sa už Columbia pohybovala rýchlosťou auta na diaľnici, asi 120 km/h. Zrýchlenie na posádku vyvíjalo preťaženie, ktoré sa postupne vyšplhalo až k hodnote 3 g, bolo však menšie než preťaženie pri štarte na vrchole rakety Titan. Keď raketoplán minul 160 metrov vysokú obslužnú vežu, začal rotačný manéver, aby sa stroj dostal na obežnú dráhu so správnym strojom. O dve sekundy neskôr raketoplán začal manéver, ktorého výsledkom bolo postupné „ľahnutie si na chrbát“. Hlavy astronautov tak v posledných fázach vzletu smerovali nadol, k Zemi. Bolo to z dôvodu, že pri opačnom manévri, ľahnutí si na brucho, nemuseli spoje medzi orbiterom a nádržou ET ťarchu tejto nádrže vydržať. A samotný prechod do vodorovnej roviny letu bol zase nevyhnutný kvôli navedeniu sa na obežnú dráhu. Až pri neskorších misiách sa po spotrebovaní väčšiny paliva v ET raketoplán otočil, aby bola posádka hore a nie dole hlavou.
Columbia, STS-1, po oddelení motorov SRB. Zdroj: NASA
Columbia prežila kritické okamihy štartu a ďalej mierila k oblohe. Ďalší priebeh vzletu bol už viac-menej bezproblémový. Zhruba 40 sekúnd po odpútaní sa od rampy síce posádka spozorovala dážď drobných úlomkov padajúcich z nádrže ET, stroju to však nijako viditeľne neublížilo. Nie je známe, či išlo o ľadovú triešť, alebo aj o úlomky z penovej izolácie ET.
Po oddelení SRB Columbia pokračovala v ceste na orbitu poháňaná trojicou motorov SSME. Napokon, 8 minút a 32 sekúnd po štarte, sa vypli aj tie. O niekoľko sekúnd na to sa odpojilo potrubie, ktoré privádzalo do týchto motorov palivo a okysličovadlo z ET, a odstreľovacie mechanizmy vzdialili aj samotnú ET. Raketoplán od nej ešte zväčšil vzdialenosť za pomoci vlastných manévrovacích motorčekov. Ich zážih však sprevádzala nečakane hlasná rana, pätnásťcentimetrové plamene a kývanie raketoplánu. Nabielo natretú nádrž so zvyškami paliva čakalo zhorenie v atmosfére nad Indickým oceánom.
Podobne nečakané efekty sa objavili aj po použití motorov OME na úpravu obežnej dráhy. Ich prvý zážih, takmer 10,5 minúty po štarte, síce prebehol hladko, pilotov však prekvapili vibrácie, ktoré sa zjavili po ich vypnutí. Tie však napokon so zážihom OME nesúviseli a zrejme sa objavili v dôsledku toho, že motory SSME sa sklopili do „parkovacej polohy“: Columbia nato postupne zapálila motory OME ešte trikrát. Tieto zážihy ju postupne vyniesli na dráhu s výškou 266 x 277 km.
Nádrž ET po oddelení od Columbie. Zdroj: NASA
Na začiatku druhého obehu pristúpila posádka k skúškam otváraniu dverí do nákladového priestoru. Pri prvom lete Columbia neniesla nijaký náklad na vypustenie, nachádzali sa v ňom len dve zariadenia a jeden súbor prístrojov pre meranie vlastností raketoplánu. Otvorenie dverí však bolo kľúčové pre správnu funkciu jej klimatizačného systému. Dovtedy ochladzovalo raketoplán odparovanie vody, jej rezervy by sa však do konca tretieho obehu vyčerpali. Z opatrnosti začali najprv s otvorením a následným zatvorením jedného krídla dverí, no táto operácia išla hladko, a tak mohli ponechať obe krídla v otvorenej polohe. Objavilo sa však iné nepríjemné prekvapenie – po otvorené dverí a zlepšení výhľadu na bloky OMS, ktoré nesú palivo na OME, videli Young a Crippen na moduloch OMS nejaké tmavé štvorce. Boli to dve chýbajúce dlaždice tepelnej ochrany. Na tejto časti stroja nebola ich strata príliš nebezpečná, vzbudili však obavy, že dlaždice opadli aj zo spodnej strany raketoplánu. V takom prípade hrozilo posádke Columbie pri pristávaní zhorenie. Za pomoci vojenskej techniky – zdroje sa rozchádzajú v tom, akej presne – sa však podarilo zhotoviť snímky spodku raketoplánu, ktorý bol našťastie neporušený. V prípade jeho poškodenia by sa totiž nedalo nič urobiť.
Pohľad do nákladového priestoru a na zadnú časť Columbie cez dozadu smerujúce okienka na pilotnej palube. Viditeľné sú aj chýbajúce dlaždice tepelnej ochrany. Zdroj: NASA
Robert Crippen, pilot Columbie, na pilotnej (hornej) palube raketoplánu. Dobre viditeľné sú nahor smerujúce okienka. Zdroj: NASA
Dve hodiny po štarte si posádka mohla vyzliecť skafandre, niečo zjesť, a pustiť sa do testovania ďalších systémov Columbie. Vyskytol sa malý problém s vesmírnou toaletou. Zlyhal aj jeden systém záznamu technických údajov na magnetickú pásku a správne nefungovala ani klimatizácia – teplota na palube poklesla iba na 16°C. Astronauti sa preto museli lepšie obliecť. Celkové množstvo porúch však bolo na prvý let prekvapilo malé a bezvýznamné. Okrem iného sa úspešne odskúšal aj tzv. systém gravitačnej stabilizácie. Raketoplán pri ňom letí namierený najdlhšou osou kolmo k zemskému povrchu, v polohe, do akej prirodzene gravitácia otáča objekty v jej dosahu. Po väčšinu letu však bol raketoplán v polohe „na chrbte“ voči zemskému povrchu, aby ho astronauti mohli snímkovať. Posádka sa pohybovala po dvoch palubách raketoplánu bez problémov, často ani nepotrebovala pripravené úchytky.
Po dvoch dňoch strávených na orbite čakala Columbiu ďalšia náročná skúška – pristátie. Posádka uložila veci do skriniek, kompletne preverila systémy a obliekla sa do skafandrov. Uzavreli sa dvere do nákladového priestoru – ak by sa to nepodarilo, druhý pilot by mohol vystúpiť do vesmíru a uzavrieť ich manuálne. S otvorenými dverami by totiž vstup do atmosféry neprichádzal do úvahy.
Veliteľ raketoplánu, John Young, na obytnej (strednej) palube raketoplánu. Zdroj: NASA
Potom Young otočil raketoplán do polohy, v ktorej letel motormi napred, kým Crippen aktivoval hydraulické čerpadlá, aby sa dali v atmosfére ovládať pohyblivé plochy Columbie. 2 dni, 5 hodín a 21 minút po štarte sa znova zapálili motory OME. Tentoraz na to, aby stiahli raketoplán z obežnej dráhy. V tej dobe ešte nebolo nepretržité pokrytie spojenia raketoplánu s riadiacim strediskom a tento manéver sa uskutočnil práve v jednej z takýchto nepokrytých oblastí. Prebehol však úspešne. Stroju zostávala posledná, necelá hodina letu. Otočil sa opäť nosom napred a zdvihol predok do optimálneho uhla pre vstup do atmosféry (v presnej hodnote tohto uhla sa zdroje rozchádzajú).
Vo výške 100 km si veliteľ prvýkrát všimol záblesky žeravej plazmy, ktorá vznikla intenzívnym trením a obaľovala stroj. Na 17 minút počas pristávania spôsobila plazma výpadok spojenia s riadiacim strediskom. Ako skúšobný prototyp mala Columbia najmohutnejšiu vnútornú konštrukciu krídel zo všetkých raketoplánov. Bolo to pre prípad, že by aerodynamické namáhanie pri pristávaní bolo silnejšie než ukazovali simulácie. Napriek tomu bolo prvé pristávanie neodskúšaného prototypu s novým typom tepelného štítu veľmi riskantné. Ukázalo sa, že obavy mali isté opodstatnenie – vyčnievajúca vložka medzi dvoma dlaždicami na spodku pravej polovice krídla nasmerovala časť prúdu žervej plazmy na dvere pravého podvozku. Tie sa pôsobením tepla prehli. Nič horšie sa však nestalo.
Zo základne Edwards AFB odštartovali štyri lietadlá typu T-38, aby sprevádzali Columbiu v záverečných fázach pristávania. Vytvorili množstvo fotografií týchto historických momentov, napríklad túto. Zdroj: NASA
Pristávanie v týchto fázach, ktoré prebiehali nad Tichým oceánom, riadil autopilot. Prebiehalo veľmi hladko až na jednu chvíľu, kedy musel Young prevziať ručné riadenie. Definitívne prebrali piloti riadenie na dohľad od kalifornského pobrežia. Vo výške 10 km nad Zemou začali piloti otočku o 271°, aby správne naleteli nad pristávaciu dráhu. Tou však nebola nová dráha na Kennedyho vesmírnom stredisku, ale vyschnuté soľné jazero na Edwardsovej základni v Kalifornii. Bolo zvolené z dôvodu, že poskytovalo oveľa väčší priestor pre možné dosadnutie dosadnutie než úzka a v porovnaní s ňou krátka pristávacia dráha na Floride. Nebolo totiž isté, ako rýchlo bude raketoplán strácať rýchlosť pri návrate z vesmíru, a teda či sa mu podarí pristáť na optimálnom mieste.
Hoci Columbia preletela plánovaný prah pristátia o niekoľko stoviek metrov, dosadnutie bolo veľmi jemné. Hlavný podvozok sa dráhy dotkol o 18:20:51 UT, predný podvozok a pol minúty neskôr. V okamihu kontaktu s dráhou sa raketoplán pohyboval viac než dvojnásobnou rýchlosťou najvyššej povolenej rýchlosti áut na diaľnici. Preto dojazd do úplného zastavenia meral až 2 734 metrov.
Columbia v posledných okamihoch pred dosiahnutím pristávacej dráhy. Zdroj: NASA
Po zastavení si dovolili pracovníci riadiaceho strediska presne pätnásť sekúnd ovácií a potom sa už sústredene venovali zaisteniu stroja a vypínaniu všetkých systémov. Malý problém sa ukázal aj po pristátí – v okolí raketoplánu boli zistené stopy oxidu dusičitého, preto ho posádka mohla opustiť až hodinu po pristátí. Obhliadka stroja ukázala tiež vyše 300 poškodení tepelnej ochrany, väčšinou drobných.
Let trval 2 dni, 6 hodín, 20 minút a 52 sekúnd a otvoril tak cestu ďalším 134 letom raketoplánov po ňom. Vďaka tomu mohol byť vynesený a dodnes fungovať Hubblov vesmírny ďalekohľad, Chandra, významné sondy ako Magellan, Ulysses a Galileo a byť vystavaná Medzinárodná vesmírna stanica. Vďaka raketoplánom sa nám odhalil povrch Venuše, vnútro atmosféry Jupitera, hviezdne rodiská aj minulosť vesmíru celé miliardy rokov dozadu, vďaka nim nám nad hlavou lieta mohutný, trvalo obývaný komplex, skúmajúci možnosti dlhodobého prežitia človeka v kozme.
Columbia po dosadnutí na dno soľného jazera Edwards AFB. Zreteľne je viditeľný obrovský priestor na manévrovanie dosadnutie, ktorý by raketoplán mohol v prípade núdze použiť. Zdroj: NASA
Posádka misie STS-1 vystupuje z raketoplánu. Zdroj: NASA
Zdroje
- STS-1 v encyklopédii Space 40 (autor Antonín Vítek)
- ŠAMÁREK, Ondřej. TOP 5: Nebezpečné starty [online]. kosmonautix.cz, 2020-07-09, [cit. 2020-07-10].
- ŠAMÁREK, Ondřej. Vesmírné osudy 89. díl – John Young [online]. kosmonautix.cz, 2015-01-12, [cit. 2020-07-10].
- Ing. JOSEF KRUPIČKA, CSc, Mgr. ANTONÍN VÍTEK CSc.: STS-1 v L+K 14-15/81
- MEK – STS-1 Co/F-1 [online]. mek.kosmo.cz, [cit. 2020-07-10]
- ŠAMÁREK, Ondřej. Kosmický šatník 11. díl [online]. kosmonautix.cz, 2016-01-25, [cit. 2020-02-11]
- KOLAŘ, Jan. MEK – STS (Raketoplán před startem – problémy zůstávají) [online]. mek.kosmo.cz, [cit. 2020-02-11]. Dostupné online.
- LEJČEK, Lubor. MEK – STS (Potíže s tepelným štítem raketoplánu) [online]. mek.kosmo.cz, [cit. 2020-02-11]. Dostupné online.
- PACNER, Karel; VÍTEK, Antonín. Půlstoletí kosmonautiky: kroky, skoky a pády na cestě do vesmíru. 1. vyd. Praha : Epocha, 2008. 471 s. ISBN 978-80-87027-71-4.
- PŘIBYL, Tomáš. Den, kdy se nevrátila Columbia. 1. vyd. Říčany u Prahy : Junior, 2003. 191 s. ISBN 80-7267-108-1.
- RŮŽIČKA, Bedřich, POPELÍNSKÝ, Lubomír. Rakety a kosmodromy. 1. vyd. Praha : Naše vojsko, 1986, 360 s. ISBN 28-028-86.
- ŠAMÁREK, Ondřej. Skylab – laboratoř na nebesích (10. díl) [online]. kosmonautix.cz, 2016-09-12, [cit. 2020-02-11]. Dostupné online.
- Česká astronomická společnost. Kolik bylo vyrobeno amerických raketoplánů? [online]. astro.cz, [cit. 2020-02-11]. Dostupné online.
- Juraj Maták – www.matak.sk. STS – Space Shuttle [online]. kozmo-data.sk, [cit. 2020-02-11]. Dostupné online.
Napísať odpoveď