V sobotu 1. února 2003 v devět hodin ráno zaznamenali obyvatelé amerického státu Texas na obloze hořící kouli rozpadávající se na desítky kusů. Ve výšce dvaašedesáti kilometrů nad jejich hlavami právě umíralo sedm kosmonautů a s nimi i nejstarší z flotily amerických raketoplánů - Columbie.
V sobotu 1. února 2003 v devět hodin ráno zaznamenali obyvatelé amerického státu Texas na obloze hořící kouli rozpadávající se na desítky kusů. Ve výšce dvaašedesáti kilometrů nad jejich hlavami právě umíralo sedm kosmonautů a s nimi i nejstarší z flotily amerických raketoplánů - Columbie.
TRAGICKÝ OKAMŽIK
Přistávací manévr začal nad Indickým oceánem v 8.15 vypuštěním brzdicích raket ve výšce 280 km nad zemí. V 8.22 se raketoplán otočil o 180° do přistávací polohy. Do atmosféry letoun vstoupil v oblasti jižního Pacifiku. Tehdy bylo ještě vše v pořádku, raketoplán letěl správnou rychlostí pod správným úhlem. Problémy se objevily někde nad Kalifornií. V 8.53 ztratilo řídící středisko informace o hydraulice v levém křídle, v 8.58 selhala teplotní čidla v levém křídle a o minutu později se ztratila všechna data o teplotě. Řídící středisko o tom informovalo posádku. Přišla poslední kapitánova odpověď: "Roger" (rozumím) a spojení bylo přerušeno. Stroj se naklonil nalevo, autopilot se snažil výkyv vyrovnat, ale utrhlo se již plameny poškozené levé křídlo. V 9.00 se nad Texasem ozval výbuch a
CO SE STALO?
Tragická havárie šokovala celý svět. Okamžitě se objevily spekulace o teroristickém útoku. Ty byly ale záhy vyvráceny pro technickou neproveditelnost. Více pozornosti poutala událost, která se stala při startu raketoplánu. Z externí nádrže paliva se osmdesát sekund po startu oddělila část izolace a narazila do levého křídla v místě přistávacího podvozku, které je jednou z nejcitlivějších částí letounu. To by samo o sobě nemuselo být nic tragického, protože izolace byla z lehké pěnové hmoty. Ta však mohla být obalena ledem. Palivová nádrž totiž obsahuje kapalný kyslík a vodík a oba tyto plyny se zkapalňují hluboko pod bodem mrazu. Izolační pěnou je nádrž obalena právě proto, aby se obsah nádrže nezahříval venkovní teplotou. Na izolaci se běžně vytváří námraza.
VYŠETŘOVÁNÍ Z TROSEK
Kus ledu mohl poškodit dlaždice tepelného štítu letounu. Krátce po havárii však NASA oznámila, že pěnová hmota nedrží vodu, a tudíž tam žádný led nemohl vzniknout. Modelování této situace to potvrdilo. Dalším důležitým okamžikem bylo zaznamenání drobného tělíska, které se z raketoplánu oddělilo druhý den po vypuštění. Mohla to být část stroje, ale také meteor či kosmického smetí. Palubní přístroje tehdy nic neobvyklého nezaznamenaly. Čtvrt hodiny před plánovaným přistáním však stroj vyfotografovala pozorovací stanice u města Albaquerque a z fotografií je zřejmé, že levé křídlo poblíž trupu je vykousnuté.
Objevily se názory, že let měl být stornován okamžitě poté, co při startu do křídla narazila izolace. To sice bylo technicky možné, ale v řídícím středisku tento náraz vyhodnotili jako neškodný. Let raketoplánu je možné přerušit do tří minut po startu. V takovém případě by letoun uvolnil pomocné rakety (pokud by byly stále připojené) a externí nádrž, přeletěl by Atlantik a přistál v Evropě či Africe na záložním letišti NASA. Záchrannou misi ve vesmíru hodnotí odborníci jako zcela utopickou. Columbia se nemohla spojit s ISS, protože nebyla vybavena spojovacím uzlem. Na záchranu jiným raketoplánem nebyl čas. Navíc taková operace nebyla nikdy předtím vyzkoušena a velmi pravděpodobně by byla neúspěšná. Pravá příčina havárie se musí vyšetřit z trosek letounu. Ty jsou rozesety na ohromném území států Texas a Louisiana. Nejvíce nadějí odborníci vkládají do nalezené přídě a křídla. Vyšetřování zahájily tři na sobě nezávislé komise - z NASA, vojenského letectva a námořnictva a Kongresu Spojených států. Jisté však je, že bude trvat řadu měsíců a do té doby žádný raketoplán neodstartuje.
HAVÁRIE CHALLENGERU
Po havárii raketoplánu Challenger následoval další start až po dvou a půl letech. Challenger startoval ke svému desátému letu (byl to dvacátý pátý let raketoplánu, označený STS-51L) 28. ledna 1986. Posádku tvořilo sedm kosmonautů, včetně dvou žen, stejně jako v případě Columbie. Jednou z nich byla učitelka Crista McAuliffeová, která let vyhrála v soutěži o neprofesionálního astronauta a mohla se tak stát prvním vesmírným turistou. Při startu ale nastal problém. Z externí nádrže začalo unikat palivo,
DVA KU TŘEM
Columbia byla nejstarším raketoplánem a mise STS-107 byla jejím 28. letem. Poprvé startovala 12. dubna 1981 se dvěma kosmonauty na palubě. Tehdy raketoplán během 54 hodin obletěl 36krát Zemi. U několika prvních letů raketoplánů tvořili posádku jenom kapitán a pilot, později se její počet rozšířil na šest a nakonec se ustálil na čísle sedm. První let dostal označení STS-1 (Space Transportation System) a následující lety se značily podle tohoto vzoru (kromě výjimky v letech 1984 až 1986, kdy se používal jiný kód). Po Columbii startoval v roce 1982 Challenger, pak v roce 1983 následoval Discovery (dosud 30 letů), v roce 1985 Atlantis (26 letů) a v roce 1991 Endeavour (19 letů) jako náhrada za Challenger. Nyní tedy zůstávají pouhé tři raketoplány - Atlantis, Discovery a Endeavour. V roce 1976 byl postaven ještě raketoplán Enterprise, ten byl ale určen pouze pro testování a do vesmíru nikdy neletěl.
Vývoj raketoplánů (Space Shuttle) Američané zahájili počátkem 70. let, kdy končil vesmírný program Apollo. Myšlenka to byla skvělá - zatímco kosmická raketa je na jedno použití, raketoplán může být používán opakovaně, čímž se značně sníží náklady na cestu do vesmíru. Počítalo se s alespoň dvaceti starty ročně, přičemž cena za let neměla přesáhnout deset milionů dolarů. A to se líbilo nejen vědcům, ale samozřejmě i vládě, která vesmírný výzkum financuje. Ovšem praxe časem ukázala, že si to tenkrát obě strany malovaly až příliš růžově. Raketoplány za celou historii nestartovaly více než osmkrát do roka a cena za jediný let se pohybuje kolem čtyř set milionů dolarů. To je paradoxně více než u klasické rakety.
JSOU RAKETOPLÁNY ZASTARALÉ?
Přesto se nedá tvrdit, že by projekt vesmírného letounu zklamal. Za 22 let své existence má na kontě desítky významných úspěchů a během 113 letů došlo k "pouhým" dvěma haváriím. A zcela určitě je to nejvýznamnější vesmírný projekt posledních desetiletí. Po havárii Columbie se objevily názory, že jsou raketoplány zastaralé. Tomuto tvrzení nahrává i loňská aféra, kdy údajně odborníci NASA sháněli náhradní díly do zastaralých palubních počítačů na internetu. Ale tyto názory nejsou příliš opodstatněné, protože zhruba ve čtyřletých intervalech se palubní systémy a elektronika letounů modernizuje. Životnost raketoplánu je odhadována asi na třicet let či sto startů. Současná flotila by proto měla sloužit alespoň do roku 2012.
POPIS STROJE
Raketoplán je supersonický letoun kombinovaný s raketou. Startuje ve vertikální poloze z rampy jako raketa a přistává na ranveji jako bezmotorový kluzák. Startovací komplex se skládá ze tří částí - z dvojice pomocných raketových motorů, externí nádrže paliva a orbiteru.
POMOCNÉ RAKETY
Pomocné raketové motory jsou dvě rakety na pevná paliva upevněné po stranách externí nádrže. Mají za úkol zrychlit raketoplán při startu. Po dvou minutách letu, kdy raketoplán dosáhne rychlosti 5250 km/h a výšky kolem 43 km, jsou rakety pomocí tryskových motorků odhozeny a na padácích o průměru 40 metrů se snesou do moře. Dopadají asi 250 km od pobřeží do Atlantiku, částečně se naplní vodou, ale zůstávají plavat na hladině. Odtud je NASA vyloví, znovu naplní palivem a používá při dalším startu. Takto mohou rakety svému účelu posloužit až desetkrát. Pomocné raketové motory jsou největšími raketami na tuhá paliva, jaké kdy byly vyrobeny. Jsou vysoké 45,5 m, mají průměr 3,8 m a plné váží více než 590 tun. Uvnitř jsou rozděleny na pět částí s palivem a motorem s tryskou, která je pohyblivá všemi směry v úhlu 8°.
NÁDRŽ
Externí nádrž je na pohled největší část startovacího komplexu raketoplánu. Přitom je to jenom cisterna obsahující kapalný vodík a kyslík, které pohánějí hlavní motory raketoplánu. Ve výšce 113 km nad zemí po osmi a půl minutách letu se od raketoplánu odděluje a shoří v atmosféře. Jediná se tedy při každém startu vyrábí celá nová. Je vysoká 47 m, průměr má 8,4 m a hmotnost s palivem 740 tun.
LETOUN
Nejdůležitější částí je orbiter, tedy vlastní raketoplán. Je to supersonický letoun o délce 37 m a výšce 17 m s delta křídly o rozpětí 23,8 m. Prázdný váží 68 tun. Uvnitř je rozčleněn na několik částí. V přední části je kabina pilotů a pracovní a obytný prostor posádky. Ten má tři podlaží - nahoře je letová paluba, uprostřed obytná paluba s průlezem do nákladového prostoru a dole energetické zdroje. V prostřední části stroje je nehermetizovaný nákladový prostor o rozměrech 4,5 x 18 m, v němž lze do vesmíru dopravit až 29,5 tuny materiálu. Zpátky na Zemi může raketoplán kvůli dodržení přistávací hmotnosti nést pouze 14,5 tuny. V nákladovém prostoru raketoplány vynášely družice, vesmírné sondy, moduly a jiné části ISS či Hubblův teleskop. K manipulaci s tak velkými částmi slouží tzv. mechanická ruka, což je robotický jeřáb o délce 15 m. V zadní části raketoplánu jsou uloženy tři motory spalující vodík a kyslík. Celý startovací komplex raketoplánu je vysoký 56 m a váží 2000 tun (při přistání má jen kolem 100 tun).
LET RAKETOPLÁNU
Lety raketoplánů trvají zhruba 5 až 16 dní. Kyslík na palubě stroje sice pro posádku vystačí až na 30 dnů, ale s tak dlouhým letem se nikdy nepočítalo. Startu předcházejí několikaleté přípravy posádky, která prochází různými psychickými a fyzickými testy. Vlastní stroj se připravuje zhruba pět měsíců. Létá se na oběžnou dráhu v rozmezí 185 až 650 km nad zemí. Pokud se raketoplán nemá spojit s ISS, není ani vybaven spojovacím uzlem a krouží kolem Země po své vlastní dráze břichem vzhůru rychlostí 28 000 km/h. Motory se používají pouze k případným korekcím dráhy letu. Řízení stroje zabezpečuje soustava počítačů, která dostává příkazy z pozemního střediska. Posádka ale může kdykoliv přejít na ruční řízení. Nezbytně nutné je to při spojování s jiným tělesem, např. s ISS, kam raketoplány přivážejí materiál, posádky i celé části stanice, ale také ji pravidelně povytahují na vyšší oběžnou dráhu, protože stanice vlastní vahou pomalu klesá a mohla by shořet v atmosféře.
PŘISTÁNÍ
Nejkritičtější operací letu raketoplánu je přistání, během něhož stroj musí za ohromné rychlosti proniknout atmosférou. Do přistávací polohy (břichem dolů) se letoun obrací ve výšce kolem 185 km. Do atmosféry vstupuje 120 km nad zemí přídí vzhůru pod úhlem 40 o. Následuje manévr s několikerou změnou úhlu a mírnými obloučky ve směru letu, které stroj zbrzdí. Tato fáze se odehrává ve výšce kolem 80 km a je nejnebezpečnější. Ve výšce 14 km se řízení ujímají piloti a navádějí letoun na přistávací dráhu. 4,5 km nad zemí raketoplán zvedne příď v úhlu 20 o a takto dosedá na ranvej. Přistávací rychlost je kolem 350 km/h a letoun si k zastavení pomáhá brzdicími padáky.
TEPELNÝ ŠTÍT
Přistávací manévr by letoun nezvládl bez speciálního tepelného štítu, o kterém se nyní mluví v souvislosti s havárií Columbie. Ten stroj chrání před vysokými teplotami, které na jeho povrchu vznikají vlivem tření vzduchu při supersonické rychlosti. Štít se skládá z keramických destiček o rozměrech 15 x 15 cm, jichž je na plášti letounu téměř třicet tisíc. Tyto dlaždice jsou dvojího druhu. Spodní část stroje, příď a náběžné hrany křídel, které jsou nejvíce tepelně namáhány, chrání černé dlaždice odolávající teplotám 1460 o C. Horní část je pokryta bílými dlaždicemi odrážejícími sluneční záření, jež odolávají teplotám do 660 °C. Tepelný štít se důkladně kontroluje po každém letu a chybějící dlaždice se dolepují. Některé z nich se při letu občas uvolní či ztratí, což prakticky až do havárie Columbie nikdy nezpůsobilo žádné problémy.
DALŠÍ RAKETOPLÁNY
Myšlenkou raketoplánů se kromě Američanů zabývali i Rusové. Postavili stroj jménem Buran. Ten startoval pouze jedinkrát v listopadu 1988. Nyní slouží jako specializovaná restaurace. Svůj raketoplán vyvíjí také japonská NASDA pod jménem Hope-X (na obrázku), ale tento program se kvůli nedostatku peněz vleče již řadu let. Vývoji raketoplánů se věnuje i samotná NASA - např. o jejich nové generaci vesmírných letounů VentureStar jsme psali v ABC č. 3 roč. 48. Tento projekt byl z nedostatku peněz v roce 2001 zastaven. Nyní se NASA k vývoji podobného kosmického prostředku pravděpodobně vrátí.
PODLE SLAVNÝCH LODÍ
Americké raketoplány dostaly jména podle slavných námořních lodí. Columbia byla pojmenována podle lodi kapitána Roberta Graye, která jako první v roce 1792 obeplula svět pod americkou vlajkou. Challenger byl původně výzkumná britská loď z konce 19. století. Discovery byla jedna z lodí britského mořeplavce Jamese Cooka, stejně jako Endeavour. A Atlantis se jmenuje podle výzkumné americké lodi z první poloviny 20. století.
MYS CANAVERAL
Na východním pobřeží Floridy se nachází největší americká kosmická základna - Kennedy Space Center, známější spíš jako mys Canaveral. První raketa byla odtud vypuštěna již v roce 1950. Základna je rozdělena na dvě části - vojenskou a NASA. Na té druhé stojí dvě odpalovací rampy sloužící k vypouštění raketoplánů a 5,2 km dlouhá přistávací dráha. Rakety a raketoplány startují jihovýchodním a severovýchodním směrem nad Atlantik. Startu asistují pomocné stanice na ostrovech a lodě v tomto sektoru. Řídící středisko kosmických letů sídlí v Houstonu.
