Novákoviny

stránky publicisty Jana A. Nováka

Návrat z hvězd: raketoplány přistávají jako kluzák

raketpl1-0

Návrat z oběžné dráhy na Zemi je jednou z nejkritičtějších fází kosmického letu - právě během něj zahynulo nejvíc astronautů a kosmonautů.Patřila k nim i posádka raketoplánu Columbia, jejíž stroj se rozpadl při návratu do atmosféry roku 2003. Právě v těchto chvílích manévr naposledy provádí raketoplán Atlantis.

I když raketoplán přistává na letištní ploše jako obyčejné letadlo, operace, které musí cestou z vesmíru uskutečnit, jsou mnohem složitější. Nejen proto, že letová hladina, v níž manévr začíná, se nachází mnohem výš. Jedním z dalších nezanedbatelných rozdílů spočívá v tom, že stroj musí sestup a přesné navedení na přistávací dráhu zvládnout bez motorů, a tedy s minimální možností oprav případných chyb. Ano, raketoplány Space Shuttle přistávají jako kluzáky. Průlet atmosférou proto probíhá za vydatné asistence palubních počítačů a další elektroniky i pozemního řídícího střediska.

 

Poslední kontrola

Typická dráha, na níž raketoplány Space Shuttle plnily své úkoly, se nachází ve výšce okolo 400 km. Loď přitom obvykle letí v poloze hřbetem k zemi a má první kosmickou rychlost, což je přibližně třiadvacetinásobek rychlosti zvuku. To je ovšem přirovnání hodně obrazné, protože kosmickým vakuem se zvuk nešíří - takže ještě jeden příměr: řítí se prostorem asi třicetkrát rychleji než běžné dopravní letadlo.

raketpl1-4

 

obr: Před zahájením pistávacího manévru raketoplán oblétá kosmickou stanici a její posádka kontroluje povrch stroje. Připadné poškození tepelného štítu by mohlo být osudné.

Foto: NASA  

 

Aby mohl raketoplán přistát, musí tedy ze všeho nejdřív udělat dvě věci: zaujmout náležitou polohu a začít brzdit. Při posledních letech ale ještě předtím vždy proběhla důkladná prohlídka tepelného štítu lodi. Právě ztráta keramických destiček, které ji tvoří, totiž vedla k tragickému zániku raketoplánu Columbia.

Kontrola obvykle spočívala v pomalém obletu Mezinárodní kosmické stanice, jejíž posádka tepelnou ochranu sledovala a natáčela na video, které se přenášelo do řídícího střediska. Teprve pak bylo vydáno povolení k návratu na Zemi.

 

Finální zážeh

V den návratu posádka obvykle vstává o pár hodin dřív, protože ji čeká spusta práce. Uzavírají se vrata nákladového prostoru, vypínají se a zajišťují systémy, které pracovaly na orbitální dráze (například navigace podle hvězd) a kontrolují se ty, které budou mít významnou úlohu při přistávacím manévru. Na prvním místě to je chladící systém, který zajistí, aby se posádka uvnitř neupekla, přestože povrch lodi bude rozžhavený do ruda. Čeká ji také důkladný úklid - pořádek je tu ještě důležitější než v bytě, protože uvolněné předměty by mohly způsobit problémy, o které nikdo nestojí.

raketpl1-3

 

obr: Pohled do kokpitu raketoplánu Space Shuttle. Tohle není počítačová hra - tady jde při přistávání o životy posáky.

Foto: NASA

 

Pak se v poloze stále ještě hřbetem dolů a zádí napřed naposledy zažehnou hlavní motory, které loď zabrzdí. Tomuto manévru trvajícímu asi dvě a půl minuty astronauté ve své hantýrce říkají de-orbit burn. Podle zákonů, které už v 16. století objevil Johannes Kepler, může po ztrátě rychlosti na oběžné dráze následovat jen jediné: pád k Zemi.

Hned na začátku klesání je ještě třeba stihnout dvě věci: pomocí manévrovacích trysek zaujmout polohu vhodnou pro vstup do atmosféry (hřbetem nahoru a přídí napřed, tak aby byla oproti horizontální rovině zdvižená v úhlu 40 stupňů). A také vyprázdnit palivové nádrže hlavních motorů, protože zbytky pohonných hmot by při zahřívání způsobeném třením raketoplánu o atmosféru zvyšovaly riziko exploze.

 

Kritické chvíle

Vstoupit do atmosféry rychlostí, na kterou by vaše auto i při úplně sešlápnutém plynu muselo přidat ještě asi tak tisícčtyřistakrát, to není jen tak. Ve výšce okolo 130 kilometrů je vzduch ještě velmi řídký, takže "kormidla" nefungují a pro řízení se musí používat trysky pomocných motorů. Teprve, když přístroje zaznamenají rostoucí odpor atmosféry, zapojí palubní počítače do hry také aerodynamické řídící plochy.

raketpl1-8

 

obr: Simulace kritické fáze přistání v aerodynamickém tunelu. Při skutečném letu je v těchto okamžicích přerušeno radiové spojení

Foto: NASA 

 

V rychlosti, jakou raketoplán má, stačí i řídká atmosféra k tření, které rychle zahřívá povrch. Jak vzduch houstne, teplota se rychle zvyšuje a může nakonec dosáhnout i více než 1300 stupňů Celsia (některé zdroje uvádějí i 1600 stupňů). Pro srovnání: železo se taví při asi 1500 stupních. Nejnamáhanější místa povrchu (spodek lodi, příď a náběžné hrany křídel) jsou proto pokryty speciálními destičkami z keramického materiálu, kterých je celkem 24 000. Každá z nich stojí okolo dvou tisíc dolarů.

- - - - - - - - -

UPOZORNĚNÍ:

Chcete vědět, co nahradí raketoplány? Čtěte zde

Chcete si přečíst o historii a výsledcích programu Space Shuttle? Čtěte zde

- - - - - - - - -

Destičky se k povrchu raketoplánu lepí speciálním lepidlem, takže mezi jednotlivými starty bylo možné tento ochranný štít snadno (i když rozhodně ne levně) opravovat. Na začátku programu Space Shuttle byly velmi obdivovaným prvkem kosmického letadla a dokonce se zdálo, že se nic hrozného neděje, ani když při startu nebo na oběžné dráze sem tam nějaká odpadne.

 

Zlověstné ticho

Rostoucí lehkomyslnost ale měla tragické následky: 1. února 2003 se Columbia vracela z oběžné dráhy s tepelným štítem poškozeným ledem, který se při startu uvolnil z povrchu palivové nádrže. Navíc zasáhl obzvlášť kritické místo: náběžnou hranu levého křídla. Žhavé plyny pod velkým tlakem pronikly dovnitř a začaly tavit konstrukci.

raketpl1-9

 

obr: Poslední chvíle Columbie 

 

Loď se rozpadla ve výšce okolo 70 kilometrů při rychlosti čtyřiadvacetinásobně převyšující rychlost zvuku. Na obloze Kalifornie a Nevady zazářil jasný meteor, který se nad užaslými lidmi rozpadával na zářící kusy, po nichž zůstávaly dlouhé ohnivé stopy...

Tato fáze letu je kritická i z dalších důvodů. Konstrukce je nejvíc namáhaná přetížením a žhavé plyny obklopují celou loď. Protože jsou ionizované, neumožňují radiové spojení (tzv. ionizační blackout). Posádka v tu chvíli musí spoléhat jen na sebe a na palubní počítače. Všechna pozemní řídící střediska tak při návratu jakékoliv lodi z kosmu prožívají horké chvilky očekávání, zda nejnebezpečnější fázi letu ukončí hlas posádky z reproduktoru - nebo jestli nenastane hrozivé ticho.

U raketoplánu trvá radiové mlčení asi 12 minut. To je také důvod, proč z posledních chvil na palubě Columbie existuje tak málo informací.

 

Letiště na obzoru

raketpl1-6

Poslední fáze návratu začíná ve výšce okolo 25 kilometrů. Raketoplán pořád letí tak, že cestující v dopravním letadle by to asi považovali spíš za pád (klesání tři kilometry za minutu), loď navíc dělá sérii esovitých zatáček, při nichž dál ztrácí přebytečnou rychlost. Po jejich dokončení už zbývá jen jediné: trefit se na letiště vzdálené asi sto kilometrů. A bez pomoci motorů.

V těchto chvílích už piloti loď řídí kormidly jako běžné letadlo - ovšem za vydatné asistence palubních počítačů i pozemního řídícího střediska. Významnou součástí této pomoci je signál naváděcího systému TANS přesně vymezující prostor, v jehož hranicích se loď musí pohybovat. V případě potřeby by raketoplán přistání zvládl i bez posádky, ale to se nikdy nestalo.

Do oblasti letiště se stroj dostává ve výšce přes 9 kilometrů. Vybere závěrečnou zatáčku, která jej přivede do osy přistávací dráhy a sníží rychlost klesání. Otevírá se podvozek, kola se doknou země a za zádí rozkvete brzdící padák. O minutu později končí další úspěšný let.

V případě nyní probíhající mise STS-135 raketoplánu Atlantis to bude i konec jedné velké éry výprav do vesmíru: programu Space Shuttle.

 

Jan A. Novák

 

Přílohové texty

Space shuttle – časová osa sestupu

 

raketpl1-1

 Fáze 1 – sestup z oběžné dráhy

 

čas: 0

výška

Zahájení příprav k opuštění oběžné dráhy

 

čas: + 1:20

Uzavření vrat nákladového prostoru

 

Čas: + 3:40

Středisko řízení letu zahajuje odpočet k brzdícímu zážehu

 

Čas: + 4:00

Brzdící zážeh hlavních raketových motorů proti směru letu

 

Čas: +4:02´30

Konec brzdícího zážehu. Stroj je řízen pomocí manévrovacích trysek

 

 

Fáze 2 – Maximální ohřev, přerušení radiové komunikace

 

Čas: +8:33

Přerušení radiové komunikace

 

Čas: +8:45

Obnovení radiového spojení. Stroj je řízen pomocí aerodynamických ploch

 

 Fáze 3 – Přibližování k letišti

 

Čas: +8:47

Začátek manévrů umožňujících další snižování rychlosti

 

Čas: +9:00

Poslední zatáčka, navedení do osy přistávací dráhy

 

Čas: + 9:03

Kola podvozku se dotýkají dráhy při rychlosti 322 km/h. Otevírá se brzdící padák

 

Čas: +9:05

Stroj se zastavuje, mise končí

 

 

 Přistávací manévr v číslech

rychlost na počátku sestupu: 28 500 km/h

průměrná míra klesání: 70 m/s

maximální míra klesání: 150 m/s

přetížení: 2 g

maximální rychlost v okamžiku dosednutí: 575 km/h

běžná rychlost v okamžiku dosednutí: 370 km/h

maximální přistávací hmotnost: 102 t

délka přistávací dráhy: 4,6 km

 

Smrtelné nehody při návratu z oběžné dráhy

24. dubna 1967

kosmická loď: Sojuz 1

posádka: V. Komarov

příčina: nekontrolovaná rotace, zamotání padákových šňůr

-

30. června 1971

kosmická loď: Sojuz 11

posádka: G. Dobrovolskij, V. Volkov, V. Pacajev

příčina: únik vzduchu z kabiny kvůli vadnému ventilu

-

1. února 2003

kosmická loď: raketoplán Columbia

posádka: R. Husband, W. McCool, M. Anderson, I. Ramon, K. Chawla, D. Brown, L. Clark

příčina: poškození tepelného štítu

You have no rights to post comments

 
Joomla Templates: by JoomlaShack