Kosmonautika@kosmo.cz |
![]() Posádka : Grissom,V.I.[VE] | White,E.H.[PL] | Chaffee, R.B.[PL]
Vývoj Apolla, požár Apolla 1 a bezpilotní zkoušky : (převzato z L+K 14/94 se svolením Mgr. A.Vítka) ANTONÍN VÍTEK, CSc. , ing JOSEF KRUPIČKA, CSc.
Americký Národní úřad pro letectví a kosmický prostor (NASA) zahájil první studie o mnoho dříve, nežli rozhodnutí na nejvyšší politické úrovni udělalo z expedice na Měsíc národní prestižní projekt prvořadého významu. Dvacátého devátého července 1960 oznámil G. M. Low na konferenci zástupců průmyslu, že se připravuje nový rozsáhlý projekt pilotovaných letů, který má být završen přistáním člověka na Měsíci. Velkým propagátorem této myšlenky byl v prvé řadě německý technik Wernher von Braun, který i se svým týmem přešel po vzniku NASA z pravomocí armády do této civilní kosmické agentury. Tady mohl realizovat svoje představy o obrovských raketách, pro které vojáci neměli ani porozumění ani použití. Na rýsovacích prknech Marshall Space Flight Center v Huntsville v Alabamě postupně vznikaly studie nosných raket - počínajíc Saturnem A-1 přes verze řady B a C až po obří Novu, která měla zajistit přepravu člověka na trase Země-Měsíc přímým letem. Technické řešení takové nosné rakety ovšem přesahovalo tehdejší možnosti. Proto není divu, že vědci a technici v NASA hledali alternativní cesty k dosažení cíle. Sám von Braun byl ochoten ustoupit od konstrukce Novy a tedy změnit celkový scénář letu. Předpokládal, že měsíční loď bude sestavena z dílů na oběžné dráze kolem Země. V té době se ovšem ještě žádný americký astronaut nedostal do kosmického prostoru a nebylo tedy známo, zda člověk bude schopen plnit tak složité pilotážní operace, jakými by mělo být setkání a spojení konstrukčních prvků ve vesmíru. Dva suborbitální a šest orbitálních letů amerických astronautů v kabinách Mercury dalo na tuto otázku jen základní odpověď: ano, člověk může žít a pracovat v prostředí bez pozemské tíže. Na to, zda je schopen provádět s kosmickou lodí složité pilotážní manévry, na to však dosavadní poznatky nestačily. V době letů Mercury se již rozbíhaly detailní studie projektu Apollo. Byl vybrán i hlavní výrobce kosmické lodi, koncern North American Aviation (dnešní Rockwell International). Firma Rocketdyne horečně vylepšovala a zesilovala motory na kapalný kyslík a kerosen (ty se užívaly v prvních stupních balistických raket středního doletu Thor a Jupiter), aby je mohla nabídnout pod označením H-1 von Braunovi pro první stupeň rakety Saturn C-1 (později označované jako Saturn 1 a 1 B). Tato firma také připravovala motor nové generace typu F-1 pro výkonnější Saturn C-5 (později známý jako Saturn 5). Firma Pratt & Whitney adaptovala kyslíkovodíkový motor LR-10 pro druhý stupeň Saturnu C-1. Ten prodělal křest ohněm v nosiči Atlas Centaur. Do třetice firma Rocketdyne na kalifornském pobřeží zahájila konstrukční práce na nejsilnějším kryogenním motoru světa, na J-2. Všechny tyto konstrukční a projektové práce probíhaly souběžně s neutuchajícími diskusemi o strategii a taktice letu. Šokem pro nejvyšší bosy v NASA byl návrh M. Houbolta, tehdy neznámého mladého inženýra z Langley Research Center, který navrhl použít metodu "výsadkového člunu". Výpočty dokládal, že tato metoda, při níž mateřská loď zůstane s částí osádky na kruhové oběžné dráze kolem Měsíce a na povrchu Luny přistane pouze lehký výsadkový modul, je z čistě hmotnostního hlediska bezkonkurenční. Houboltův názor se prosazoval velmi těžko. Zejména myšlenka na setkávací manévry v takové vzdálenosti od Země byla pro odpovědné činitele těžko stravitelná, ne-li vůbec nepřijatelná. V té době však již končily přípravné práce na projektu Gemini. Jeho hlavním cílem bylo ověřit pilotážní schopnosti člověka ve vesmíru a metody setkávacích manévrů na oběžné dráze. Kosmická loď použitá k těmto pokusům a původně označovaná jako Mercury Mk. 2 byla již dvoumístná a vybavena manévrovacími motory, které jí umožňovaly měnit oběžnou dráhu. Přes řadu obtíží a částečných nezdarů se v rámci projektu Gemini podařilo dosáhnout toho hlavního. Pokusné lety prokázaly, že setkání a spojení dvou těles ve vesmíru není nijak zvlášť' obtížné. Navíc NASA získal vyškolený a vyzkoušený kádr astronautů, schopných plnit i ty nejobtížnější úkoly.
Také jeho mateřská loď již dostávala definitivní podobu. Byla rozdělena na dvě samostatné funkční části: velitelský modul CM (Command Module), v podstatě vlastní kabinu osádky, obsahující veškerou elektronikou a služební modul SM (Service Module), jehož nejdůležitější částí byl silný raketový motor na skladovatelné kapalné pohonné látky, s jehož pomocí se měla loď dostat na oběžnou dráhu kolem Měsíce a z ní posléze zpět na přeletovou dráhu k Zemi. V SM byly umístěny také hlavní zdroje elektrické energie, jimiž se stalý palivové články spolu s nezbytnými zásobami vodíku a kyslíku. Ty poslední také sloužily pro doplňování atmosféry v kabině CM. Obě uvedené části budoucího kosmického korábu procházely zátěžovými zkouškami v aerodynamických tunelech nebo při balistických skocích malých raket Little Joe II na tuhé pohonné látky. Práce pokračovaly také na nosné raketě Saturn 1. Na rozdíl od předchozích velkých amerických raket, které během zkušebních letů mnohokrát havarovaly, dopadly tentokrát všechny testy Saturnu 1 na výbornou. Koncem roku 1966 bylo vše připraveno k prvnímu pilotovanému letu CM a SM kolem Země. Obě tyto části prodělaly svůj kosmický křest při prvních dvou startech nosné rakety Saturn 1B (výr. č. SA-201 a SA-202) - později byly lety označeny jako Apollo 2 a 3. Přišel čas, aby se na palubě kosmické lodi vydali do vesmíru i lidé. Měli jimi být Virgil I. Grissom, Edward H. White a Roger B. Chaffee. Jejich start byl stanoven na únor roku 1967. Na rampě 34 na Cape Canaveral stál připraven kompletní nosič Saturn 1B s lodí výrobního čísla 012. Simulované odpočítávání sestavy začalo 26. ledna 1967. O den později, za stavu T -10 min, v době kdy byl countdown přerušen, aby technici mohli odstranit problémy fonického spojení s osádkou, se ozval hlas astronauta Chaffeea: "Máme oheň v lodi!" Bylo 23.31.03 UT. White, ležící na prostředním křesle, natáhl ruku nad hlavu a začal podle předpisu odjišťovat vstupní průlez. K jeho otevření bylo bohužel zapotřebí nejméně půldruhé minuty. "Vypukl tady požár," opakoval White Chaffeovo hlášení. Inerciální plošiny lodi zaregistrovaly otřesy, způsobené pohyby osádky. "Dostaňte nás odtud!" zaslechli pracovníci řídicího střediska. Byl to poslední zoufalý výkřik astronauta Chaffeea. Pak už se spojení s lodí přerušilo a nastalé ticho se prohlubovalo.
Vyšetřovací komise zjistila, že požár způsobil elektrický oblouk, který vznikl v poškozeném kabelu hlavního rozvodu v levé spodní části lodi, pod křeslem velitele Grissoma. Stalo se to přibližně čtvrt minuty před ohlášením požáru, tedy ve 23.30.55 UT. Vzhledem k tomu, že během předstartovních příprav byla obytná prostora lodi naplněna čistým kyslíkem pod mírně zvýšeným tlakem (1151 hPa), šířil se požár v kabině velice rychle. K postupu ohně přispívalo i příliš velké množství hořlavých předmětů, jako např. polyamidové sítě, určené pro ukládání drobných předmětů za letu. Tato tragédie měla samozřejmě negativní vliv na časový harmonogram celého projektu Apollo. U dalších exemplářů kosmických lodí bylo třeba změnit vnitřní vybavení, s ohledem na použití hořlavých materiálů. Kromě toho došlo k rozhodnutí, aby před startem byla v lodi používána atmosféra složená ze dvou třetin kyslíku a jedné třetiny dusíku.
Je čtvrtek, 9. listopadu 1967. Na rampě 39A na ostrově Merritt, odkud dnes běžně startují raketoplány, stojí 111 metrů vysoký kolos s výrobním číslem AS-501 . Ostrý vítr odtrhává od štíhlého trupu ob- láčky sražené vodní páry: Z ampliónu v prostorách vyhražených pro sdělovací prostředky a veřejnost zazní hlas mluvčího NASA Paula Haneye: "Zde řídicí středisko startu. Je T -30 sekund a počítá se. Všechny systémy rakety jsou v pořádku." Zbývá tedy ještě půl minuty času na poslední kontrolní měření. Vládu nad Saturnem 5 přejímají počítače a čas se nazadržitelně krátí. "... T mínus dvacet, devatenáct..." Počítače právě předaly autopilotu nosné rakety poslední informace. Inerciální plošiny jsou odblokovány. "... deset, devět - start zážehové sekvence..." Pět mohutných turbočerpadel motorů F-1 v prvním stupni nosné rakety se rozbíhá. "... pět, čtyři - zážeh!" Otevírají se hlavní ventily kapalného kyslíku a kerosenu. Pod narůstajícím tlakem v palivovém potrubí praskají membrány, dosud chránící samozápalný trietylhliník před stykem se vzdušným kyslíkem. To je okamžik pro zážeh motoru a motory se také zažehují. Nejprve první čtyři po dvojicích, naposledy pátý, prostřední. "Všechny motory v chodu!" Pod raketou vyrážejí mohutné jazyky žlutooranžového ohně. "Start!"
"Zde MCC Houston," ohlašuje se. "Máme start v 7 hodin východoamerického standardního času." Trvá plných osm sekund, než záď rakety mine poslední patro obslužné věže. "Osmnáct sekund. Manévr náklonu zahájen!" Špice rakety se pomaloučku sklání směrem k Atlantiku a Saturn nabírá kurs na východoseverovýchod. První stupeň šlape jako hodinky. "T +2 minuty 31 sekund. Vnější motory vypnuty. Oddělení stupňů." Zapalují se brzdicí motory prvního stupně. Současně s tím se rozebíhají pomocné motory druhého stupně, jejichž tah sráží pohonné látky ke dnu nádrží, odkud turbočerpadla ženou kapalný kyslík a vodík do pětice motorů J-2. "Druhý stupeň v chodu!" Odděluje se prstencový mezistupňový adaptér. Celý proces zaznamenává šestnáctimilimetrová kamera, umístěná v pouzdře, které je později odhozeno a vyloveno z moře. Také druhý stupeň pracuje dobře. Před koncem jeho činnosti se sice vyskytly drobné závady ve funkci jednoho z motorů, ale na celkový výkon nosiče to vliv nemělo. Řídící středisko v Houstonu pokračuje: "T +8 minut 40 sekund. Druhý stupeň vypojen... stupně odděleny... zážeh třetího stupně. Tah třetího stupně v pořádku!" Dvě minuty hoření stupně S-IVB stačilo k tomu, aby raketa Saturn 5 dosáhla parkovací dráhy. "T +11 minut. Čekáme vypojení třetího stupně... Sledovací loď Vanguard potvrzuje vypojení v T +11.06. Rychlost 25568 stop za sekundu." Těleso o hmotnosti 127021 kg se tedy žene prostorem rychlostí 7793,1 m/s, jen o 0,6 m/s pomaleji, než vyžadoval plán. Je vyhráno. Plánované dva oběhy na parkovací dráze proběhly ve znamení opakovaných prověrek nosné rakety a také kosmické lodi Apollo 4, umístěné na její špici. "Zde MCC Houston. T +3 hodiny 12 minut 32 sekundy. Zahajujeme restart třetího stupně!" Povedlo se. Třetí stupeň tentokrát pracoval 5 minut a 25 sekund. Pouze necelá minuta hoření navíc by stačila k tomu, aby se kosmická loď ocitla na dráze k Měsíci. To však prozatím nebylo v plánu. Deset minut po dohoření motoru J-2 se odděluje Apollo 4 od zbytku nosiče. Je na dráze s apogeem 18104 km. Šestnáct sekund hoření motoru SPS umístěného ve služební sekci posunulo nejvyšší bod této dráhy na 18229 km. Perigeum leží osmdesát kilometrů pod povrchem Země, takže kosmická loď se vlastně nachází na suborbitální dráze, ale její rychlost se blíží druhé kosmické rychlosti. Té je zapotřebí pro vyzkoušení vlastností tepelného štítu za podmínek, za nichž by se Apollo 4 vracelo od Měsíce. Proto se (v T +8.10.54) znovu zapaluje motor SPS a zvyšuje rychlost až na 11 139 m/s. Loď se již blíží pomyslné hranici vrchních vrstev atmosféry, kterou NASA klade do výše 400 tisíc stop, tedy 122 km. "400 K mínus 270 sekund," hlásí Houston zbývající čas. "R tečka radar 6868 stop za sekundu." U ředitele letu se shromažďují všechny potřebné údaje. "RCS okruh A velitelského modulu aktivován. Systém B v záloze. Tlak v systému v mezích normy." "Návratová baterie A zapojena, napětí 28 voltů. Návratová baterie B zapojena..." "400 K... Teď! Mínus 230 sekund." " "Teplota v kabině 65 F." Kosmická loď se vrací k hustým vrstvám atmosféry. "Okruh do radiátoru ECS uzavřen. ECS přepojen na CM systémy. ECS připraven na oddělení SM." "Mínus 90 sekund." "Elektrické oddělení. Teď! SM odhozen." "SM telemetrie ztracena. Oddělení dokončeno." Minutu před vstupem do atmosféry se oddělil již nepotřebný servisní modul, aby se v ní rozplynul na oblak žhavých plynů. Velitelský modul se otáčí dnem proti směru letu a vstupuje opět do ovzduší rodné planety. "Spojení ztraceno."
Vylovený velitelský modul teď dostali do rukou technici. Ti označili let Apolla 4 i Saturnu 5 za stoprocentní úspěch, třebaže se v jeho průběhu vyskytlo jednadvacet drobných závad. Apollo 5 / AS-204 (blíže viz. Apollo 5 v L+K 6/1968)
Po dalších drobných zdrženích se vzlet konečně uskutečnil v pondělí 22. ledna ve 22.48 UT. Po 2 minutách a 19 sekundách ukončily svoji činnost motory prvního stupně a o pět sekund později se zažehl motor J-2 druhého stupně. V T +9 min 58 s bylo už dvaatřicetitunové těleso na oběžné dráze ve výši 161 -220 km, se sklonem 34° k rovníku a dobou oběhu 88,3 min. Po 50 minutách letu dala stanice Canberra v Austrálii povel k zahájení první části operace. Kuželový kryt, který během letu nahrazoval velitelskou a pomocnou sekci, byl odhozen a pyrotechnika rozevřela čtyři panely adaptéru SLA, takže připomínal obří květ, v jehož středu zatím nehnutě seděl LM-1 jako veliký čmelák. Pak se na 10 sekund zažehly manévrovací motorky RCS a čtrnáctitunový měsíční modul vyplul ven rychlostí asi 1,2 m/s.
V T +3 h 58 min začala druhá fáze pokusu. Počítače daly povel přistávacímu motoru DPS k prvnímu zážehu. Ale co se nestalo: Místo aby motor hořel s desetiprocentním výkonem po dobu 26 sekund a pak vystupňoval tah na maximum, zhasl po necelých čtyřech sekundách hoření. Vyhodnocování příčin nezdaru trvalo plné dvě hodiny. Nakonec řídicí středisko dospělo k závěru, že počítače zjistily rozpor mezi nastavením škrticích ventilů a dosaženým tahem motoru. Do palubních počítačů LM byly tedy nahrány nové upravené údaje a pokus se opakoval, tentokráte zcela úspěšně. Zkoušky motoru APS vzletového stupně se uskutečnily v T +6 h 15 min a T +7 h 40 min po předchozím oddělení přistávací části. Byly sledovány s větší obavou než prověrky motoru DPS vzhledem k nestabilitě jeho hoření, kterou zjistili technici u výrobce, firmy Bell Aerosystems v létě předchozího roku. Obě zkoušky však proběhly hladce, i když při druhé z nich se na okamžik LM vymkl kontrole. Bylo to způsobeno tím, že nedošlo k přečerpání pohonných látek z hlavních nádrží vzletového stupně do nádrží stabilizačního systému RCS. Po ukončení zkoušek byl LM-1 ponechán svému osudu. S jeho návratem zpět na Zemi se nepočítalo a v podstatě nebyl ani proveditelný. S postupem času se také chystal vzlet druhého exempláře nosné rakety Saturn 5 (AS-502), rovněž jen s velitelskou a pomocnou sekcí výr. č. 020, která nesla označení Apollo 6. Cílem tohoto dalšího pokusu bylo opětovně odzkoušet návrat lodi do atmosféry druhou kosmickou rychlostí.
U Saturnu 5 činila rezonanční frekvence celé rakety při startu asi 4 Hz; v okamžiku dohoření prvního stupně vystoupila na 6 Hz. Přibližně v okamžiku T +126 s se dostala raketa do rezonance s motory a intenzita těchto kmitů v kabině překročila povolené limity pro pilotované lodi. Ještě horší problémy nastaly u druhého stupně S-II, který byl zapálen v T +2 min 30 s. Kyslíkovodíkové motory J-2 jsou vybaveny předzážehovou komůrkou, do které je přiváděn vodík a kyslík pružnými trubkami z niklové slitiny Inconel. Ta je sice velmi houževnatá; ale vlivem vysoce podchlazeného vodíku křehne. Několik desítek sekund po zážehu druhého stupně praskla trubka přivádějící zkapalněný plyn k motoru č. 2 a vodík začal unikat do okolí. Vakuum v motorovém prostoru - raketa se již pohybovala ve výši kolem 70 km - sice zabránilo požáru, ale uvnitř předzážehové komůrky plamen změnil svůj charakter z redukčního na oxidační, asi tak, jako když do hořáku autogenu pustíte nadbytek kyslíku. Takový plamen pak dokáže řezat kov. Není tedy divu, že netrvalo dlouho a stěna spalovací komory v T +5 min 18 s prohořela. Následovalo pronikavé snížení pracovního tlaku v motoru č. 2, který řídicí počítače zaregistrovaly a zahájily uzavírání ventilů v potrubí vedoucím k poškozenému motoru. K všeobecnému údivu se však vypojil také sousední motor č. 3. Co bylo příčinou tohoto podivného chování? Jeho důvod odhalila vyšetřovací komise poměrně brzy.
Teď však chybně směrovaný signál způsobil, že se uzavřel vodíkový ventil motoru č. 3, u něhož samozřejmě začal okamžitě klesat výkon. Počítače tedy nelenily a daly povel také k vypojení motoru č. 3. Naštěstí již byla výška a rychlost letu taková, že i s pouhými třemi z pěti motorů stupně S-II bylo možno dosáhnout oběžné dráhy. Pohonné látky se samozřejmě rozdělily na zbývající tři motory, které ovšem musely běžet o 58 sekund déle, než požadoval plán. Také motor třetího stupně musel zůstat v chodu o 29 sekund déle, nežli se počítalo. I tak však byl celkový výkon nosné rakety nižší. V důsledku toho bylo možno plánované výšky apogea eliptické dráhy (22274 km) dosáhnout pouze za cenu spotřebování veškerých pohonných látek motoru SPS na služebním modulu. Těch se pak nedostávalo na urychlení lodi Apollo 6 směrem do zemské atmosféry, takže velitelský modul se vracel rychlostí "pouze" 9990 m/s místo očekávaných 11300 m/s. Přestože nebylo hlavních cílů letu dosaženo, rozhodlo vedení NASA, že dalším letem již bude expedice pilotovaná. Aktualizováno : 28.06.2004 [ Obsah | Pilotované lety | Apollo | Obrázky | Apollo 1 v L+K 1967 | Apollo 5 v L+K 6/1968 ] |