Gemini byla strojem, od něhož se očekával významný kvalitativní skok ve srovnání s jednoduchými kabinami Mercury. Měla to být skutečná kosmická loď se vším všudy a na rozdíl od své předchůdkyně neměla být odsouzena k pasivnímu kroužení kolem Země po trajektorii, již jí udělil její nosič. Doba, po kterou měla Gemini vydržet na orbitu, se již neměla počítat na hodiny, nýbrž na dny (dokonce i na týdny). A navíc se na palubě Gemini nenacházel jeden, ale hned dva astronauti. Úkol, který stál před inženýry firmy McDonnell a jejich protějšky v NASA, byl proto vskutku olbřímí. Bylo třeba vytvořit životní prostor pro dvě osoby a zabezpečit únikový mechanismus pro případ havárie; zajistit přežití posádky i fungování lodi po nezbytnou dobu včetně obnovy atmosféry v kabině po výstupu do prostoru; vytvořit pohonný a orientační systém; najít prostor pro vybavení nutné ke splnění specifických úkolů mise; najít způsob, jak provést setkání a spojení lodi s cílovým tělesem na orbitu a v neposlední řadě také vytvořit spolehlivý přistávací systém, jenž by byl schopen loď navést na přistání s přesností řádově vyšší než u Mercury. Při pohledu na požadavky, jež byly na Mercury Mark II a posléze Gemini kladeny, by jednoho rozbolela hlava. Když k tomu připočteme obrovský časový tlak (první lety Gemini s posádkou měly proběhnout v roce 1964, tedy sotva dva roky po formálním zahájení programu), je jasné, že všichni zúčastnění měli plné ruce práce. Jejich dílo však zůstává i dnes pomníkem lidské vynalézavosti, odhodlanosti a účelnosti. Lodě řady Gemini jsou jednoduše vzhledem k době svého vzniku uměleckým dílem…

První skutečná kosmická loď

Jak už bylo v předchozích dílech řečeno, nová loď měla vycházet ze své předchůdkyně Mercury, ovšem nakonec spatřil světlo světa stroj, který Mercury připomínal jen s přimhouřenýma očima a o jehož možnostech si mohla Mercury nechat pouze zdát.

Samotná Gemini sestávala ze dvou hlavních konstrukčních celků: z návratové sekce a adaptérové sekce. Jejich celková délka činila při startu 5,74 metru, na orbitu pak (díky odhození malého krytu na „čumáku“) 5,58 metru. Průměr v nejširším místě, tedy na konci adaptéru, činil 3 metry. Hmotnost lodi se lišila podle náročnosti a délky mise, pohybovala se však přibližně v rozmezí 3,2-3,8 tuny.

Základním kamenem každé lodi, tedy i lodi Gemini, je návratová kabina, ve které posádka tráví nezanedbatelnou porci času na orbitu a ve které se vrací po skončení letu na Zem. Konstruktéři zachovali u návratové kabiny Gemini osvědčený tvar komolého kužele. Byly dostatečně pochopeny a zmapovány jeho vlastnosti při extrémních rychlostech a teplotách. Základ konstrukce tvořil titanový rám a titanové desky. Ty tvořily přetlakovou část návratové kabiny a právě v ní byla umístěna křesla pro astronauty.

Kokpit nebyl nadvakrát prostorný, nicméně, jak ukázala zkušenost, dva odhodlaní (a nutno přiznat k smrti znudění) astronauti v něm dokázali vydržet celé dva týdny. Jeho podoba odrážela oproti Mercury novou filozofii, která považovala člověka za nedílnou součást řetězce ovládání a kontroly. Jinými slovy – jestliže Mercury sázela na co největší míru automatizace, Gemini byla lodí „pro piloty“ a bez lidského zásahu nebyla schopná ve své základní podobě létat (nabízí se zde paralela s pozdějším strojem Space Shuttle). Při navrhování kokpitu a zejména ergonomie ovládacích prvků měli astronauti velké slovo, proto také mimo jiné palubní deska připomíná rozložením přístrojů kokpit stíhacího letounu.

Paradoxně se do jisté míry tato praxe odrazila negativně na pohodlí – hlavním arbitrem pro interiér Gemini byl totiž Gus Grissom, který byl vzrůstu téměř trpasličího (165 cm). Interiér samozřejmě nechával průběžně přizpůsobovat podle svých požadavků a astronauti s větším vzrůstem pak měli vůbec problém se do kabiny natěsnat. V jedné fázi vývoje v roce 1963 bylo dokonce zjištěno, že ze šestnácti tehdejších astronautů se jich čtrnáct do kokpitu prostě nevejde. Bylo třeba přizpůsobit rozmístění některých komponentů vybavení a upravit vnitřní tvar poklopů. Gemini dostala od astronautů neoficiální přezdívku „Gusmobile“.

Pro astronauty byly firmou David Clark zkonstruovány také nové skafandry G2C (ten byl však použit pouze při výcviku), G3C, G4C a G5C. Skafandry G4C se staly v rámci programu Gemini standardem a v úpravě pro pilota umožňovaly i výstup do volného prostoru. Detailně jsme se skafandry (nejen) pro Gemini zabývali v jednom ze starších seriálů zde na blogu.

Astronauti seděli na katapultážních křeslech zhotovených firmou Weber Aircraft. Sedadla byla odkloněna o 12 ° od podélné osy a o 5 ° od svislé osy (tedy nakloněna do stran a mírně dopředu). To mělo zajistit bezpečnou vzájemnou separaci sedadel při katapultáži a současně trajektorii, jež směřovala mírně vzhůru pro nabrání dostatečné výšky pro bezpečné nafouknutí vrchlíku padáku. Hlavním požadavkem bylo, aby křeslo dokázalo astronauta odnést minimálně 800 stop (245 metrů) od vybuchujícího nosiče. Podle propočtů to byla vzdálenost, na kterou nehrozilo roztavení nylonových komponentů padákového systému žárem z hořících hypergolů. Křeslo proto dostalo nejsilnější ROCAT (tedy raketový katapultážní systém), jaký byl kdy ve Spojených státech vyvinut. Rozsah fungování byl od statického stavu na rampě až po výšku 13,7 km a rychlost 1 755 km/h. Astronaut musel pro iniciaci katapultáže zatáhnout za madlo mezi nohama a zbytek byl už v režii techniky a případných modliteb.

Aby se astronaut mohl katapultovat, musel mít také k dispozici příklop, jenž by představoval únikovou cestu. Kabina tedy obsahovala dva individuální příklopy, jež bylo možné otevřít jak manuálně při nástupu či opouštění kabiny a také při EVA, tak pyrotechnicky při katapultáži. Během zkoušek tohoto systému vznikla jedna z okřídlených historek. Když při testu katapultáže odhození příklopu selhalo a katapultážní sedadlo bylo rozdrceno nárazem do něj, přihlížející John Young ucedil: „Z toho by měl člověk velké bolení hlavy. Naštěstí jen velmi krátce…“ Na přední straně byla mezi hranou průlezu a příklopu nainstalována zástěnka, kterou bylo možno připnout, otevřením příklopu roztáhnout a tím alespoň částečně zabránit, aby se po přistání do kokpitu dostaly vlny (astronauti nicméně nesměli otevírat příklopy, dokud nebyl kolem kabiny žabími muži natažen plovák, který zabránil převržení a potopení).

V kabině byla udržována čistě kyslíková atmosféra při tlaku v rozsahu 345-365 hPa. Tato praxe byla převzata z programu Mercury, kdy konstruktéři upřednostnili relativně lehkou a jednoduchou kyslíkovou instalaci před těžkou a mnohem složitější kyslíko-dusíkovou instalací, kterou pro změnu zvolili jejich rivalové v Sovětském svazu. Další výhodou čistě kyslíkové atmosféry byl fakt, že bylo třeba udržovat v kabině mnohem nižší tlak než u kyslíko-dusíkové, proto mohla být i konstrukce kabiny samotné méně odolná proti rozdílům tlaků vně a uvnitř a tím i lehčí. Nevýhodou samozřejmě bylo riziko požáru, jenž by byl ve stísněné kabině nasáklé kyslíkem téměř jistě pro posádku fatální.

Po stranách a pod dnem kabiny mimo přetlakový prostor byly umístěny tzv. „equipment bays“, tedy prostory, do kterých bylo možno umístit vybavení. Mezi jeho klíčové prvky patřil palubní počítač a inerciální platforma. Počítač, výrobek firmy IBM, vážil 26,75 kg a v jeho feritové paměti bylo možno uložit až 4 096 „slov“, jež měly každé velikost 39 bitů. Postupně však tato kapacita přestávala stačit. Od Gemini VIII dále byla používána ještě pomocná paměť na magnetické pásce.

Hlavním komponentem, jenž spolupracoval s počítačem, byla zmíněná inerciální platforma od firmy Honeywell. Tři setrvačníky a soustava akcelerometrů umožňovaly relativně přesně astronautům sdělit, jakou polohu v prostoru jejich loď zaujímá a jak velká je případná změna rychlosti v každé ze tří os. Zajímavostí je konstrukce platformy, jež využívala čtyř závěsů, proto nehrozila situace, kdy se závěsy dostanou do stejné roviny, čímž se veškerá prostorová informace z platformy „vymaže“.

Počítač spolu s platformou byly umístěny v postranních equipment bays spolu s dalšími systémy nutnými k fungování lodě a provádění nutných operací na orbitu, například komunikačním systémem. Ve spodním prostoru byly většinou umístěny experimenty. Výhodou celého uspořádání byla obrovská pružnost. Zatímco u Mercury bylo pro demontáž jednoho systému či přístroje mnohdy nutné doslova „vykuchat“ celou kabinu, u Gemini technikům stačilo pouze otevřít příklop a daný kus vybavení jednoduše vyjmout. Navíc byly systémy koncipovány vesměs jako modulární, což zkrátilo čas nutný k opravám a testům na minimum. Toto uspořádání bylo „dítětem“ Jima Chamberlina, který od počátku svého působení na modularitě a co nejsnazším přístupu k systémům lodi trval. Dalším, tentokrát ne už tak přínosným, pohrobkem Chamberlinova působení byla dvoje dvířka pod postranními prostory pro vybavení. Za těmito dvířky se měly skrývat dvě podvozkové nohy pro přistání za pomoci samokřídla. Návratové kabiny Gemini si uchovaly závěsy pro tyto nohy, nohy samotné však pochopitelně nainstalovány nebyly a jejich prostor zůstal v základní konfiguraci prázdný.

Návratová kabina byla zvnějšku pokryta pláty zvanými „šindely (shingles)“ s typickými prolisy. Pláty byly vyrobeny ze slitiny René 41 o síle 0,41 mm. Jednalo se o stejný materiál, jaký byl použit u Mercury. Ony prolisy měly za úkol pomoci udržet tvar plátů i při velkém tepelném namáhání a současně měly zvýšit pevnost pláště. Na vnější straně byly shingles černé pro udržení optimálních tepelných podmínek.

Jedním z klíčových prvků návratové kabiny byl tepelný štít na zadní straně. Jeho základ byl převzat z kabin Mercury, ovšem průměr byl příslušně zvětšen na 228 cm. Konstrukčně se jednalo o laminátovou voštinu ošetřenou fenolovou pryskyřicí, jejíž buňky byly vyplněny silikonovým elastomerem. Přechod mezi boky kabiny a štítem byl utěsněn límcem z materiálu Fibrerite.

Na návratovou kabinu vepředu navazovala zhruba 152 cm dlouhá sekce ve tvaru krátkého válce a navazujícího komolého kužele. Krátký válec skrýval systém RCS (Re-entry Control System – Systém ovládání během vstupu do atmosféry). RCS sestával ze dvou nezávislých okruhů, každý z nich obsahoval osm motorků o tahu 111 N. Motorky sloužily k udržování polohy kabiny při návratu do atmosféry (byť v jednom případě byly použity ke zcela jinému účelu, o tom však až v jednom z dalších dílů seriálu). Pohonnými látkami byly osvědčené hypergoly monometylhydrazin a dimer oxidu dusičitého. V této sekci byl také uložen kontejner s hlavním padákem.

Komolý kužel, jenž na válec s padákem a RCS navazoval, byl pojmenován „Rendezvous and recovery section (Setkávací a přistávací sekce)“. Našli bychom zde zejména vybavení potřebné pro rendez vous na orbitu, tedy radar a jeho elektroniku a také výtažný a brzdicí padák.

Padák byl nakonec, po peripetiích popsaných v minulých dílech seriálu, použit jako primární přistávací systém. Sekvence jeho otevření začínala vystřelením brzdicího padáčku o průměru 3,2 m ve výšce 15,2 km. Padáček stabilizoval pád kabiny a ve výšce 3,2 km byl vystřídán výtažným padáčkem o průměru 5,6 m, který s sebou odnesl setkávací a přistávací sekci. Tím byl odhalen a ze svého uložení vytažen hlavní padák o průměru 25,6 metru. Ten zpomalil kabinu při ideálních podmínkách na přijatelných (nicméně stále poměrně tvrdých) 38,6 km/h v okamžiku dopadu na hladinu. Ještě předtím však musel proběhnout proces, který byl pozůstatkem doby, kdy se počítalo s přistáním za pomoci samokřídla. Jednobodový závěs padáku se po rozvinutí a stabilizaci hlavního padáku překonfiguroval na dvoubodový, takže návratová kabina Gemini dopadla do vody v poloze, kdy podélná osa kabiny směřovala 35 ° vzhůru.

Relikt v podobě dvoubodového zavěšení byl výsledkem požadavku, kdy astronauti měli ovládat samokřídlo a manévrovat před přistáním. Nutností byla dopředná viditelnost, takže kabina měla být pod samokřídlem zavěšena skoro vodorovně. I když bylo samokřídlo alespoň pro první lety vyškrtnuto, konstrukce kabiny s ním počítala. Mimo jiné tak chyběl prostředek, jenž by zaručil měkké přistání v poloze tepelným štítem napřed; příklopy na místech astronautů sahaly až po tepelný štít, což vylučovalo otevření po přistání aniž by byl zaplaven interiér; nehledě k tomu, že vzhledem k těžišti by se kabina po přistání štítem napřed natočila do nepředvídatelné polohy. Proto ono převěšení na dvoubodový závěs.

Zajímavostí byl způsob, jakým byla iniciována sekvence otevírání padáků. Je na ní krásně patrné, nakolik byl člověk integrálním prvkem systému řízení lodě. Pro spuštění celé sekvence musel velitel ve výšce zhruba 24,5 km aktivovat přepínačem elektrické obvody přistávacího systému. Ve výšce 15,2 km pak velitel ručně inicioval vystřelení brzdicího padáčku, načež po proklesání do výšky 3,2 km dalším přepínačem spustil sekvenci vytažení a otevření hlavního padáku. Tím ovšem manuální úkony nekončily – překonfigurování závěsu z jednobodového na dvoubodový bylo provedeno také přepínačem v kabině. V případě selhání brzdicího padáku astronauti opět manuálně spustili sekvenci záložní, při které byl odhozen brzdicí padák a ihned byl otevřen výtažný a hlavní padák.

Jak vyplývá z předešlých řádků, architektura systémů Gemini počítala s lidským faktorem. Pro astronauty to byla vítaná změna, neboť u kabin Mercury byli víceméně pasažéry. Přestože měli možnost vykonávat mnoho úkonů ručně, vždy existovala automatická záloha. Gemini v podobě, v jaké sjela z montážní linky McDonnellu, nebylo možné vypustit na orbit bez člověka aniž by byla dovybavena systémem, jenž by člověka nahradil. Muži, kteří měli Gemini pilotovat, měli všichni za sebou kariéru zkušebních pilotů, kde se museli spoléhat výlučně na sebe a svůj vlastní um a úsudek a filosofie ovládání Gemini jim proto velmi konvenovala.

Druhou klíčovou konstrukční součástí Gemini byl adaptér. Toto označení reflektovalo fakt, že tato část zajišťovala plynulý přechod mezi zadní stěnou návratové kabiny (průměr 228 cm) a nosičem Titan II (305 cm). Nejednalo se však o prázdnou skořápku. Uvnitř adaptéru se skrývaly systémy, bez nichž by loď nebyla schopna fungování na orbitu.

Adaptér samotný měřil na délku 2,3 metru a byl rozdělen do dvou sekcí: retrográdní a přístrojové. Blíže návratové kabině byla retrográdní sekce. Jak vyplývá z jejího názvu, hlavním úkolem této sekce bylo zajistit návrat kabiny do atmosféry. K tomu sloužily čtyři motory na tuhé palivo, uspořádané symetricky okolo podélné osy lodi. Motory měly tvar koule o průměru zhruba 33 cm a palivo v nich bylo vytvarováno tak, aby spalinový kanál měl podobu osmicípé hvězdy. Každý motor poskytoval po dobu 5,5 sekundy tah něco přes 11,1 kN. Při normálním běhu událostí byly motory zažehávány postupně tak, aby se doba jejich činnosti částečně překrývala. V případě nouzového přerušení startu mohly být zažehnuty i současně.

Přístrojová sekce adaptéru byla umístěna na samém konci lodi a nacházely se v ní nádrže s pohonnými látkami, kyslíkové nádrže, elektronika, chladicí systém a také palivové články pro získávání elektrické energie (u Gemini III, IV a VI zde byly namísto nich umístěny baterie). Zadní stěna adaptéru byla konkávní a ve vzniklém prostoru byly u některých misí umístěny prostředky a vybavení pro EVA, eventuálně pro další experimenty.

Adaptér ovšem nesl důvod, proč můžeme Gemini nazývat první skutečnou kosmickou lodí se vším všudy. Právě zde byl totiž umístěn systém OAMS, tedy „Orbital Attitude and Maneuvering System (Orbitální orientační a manévrovací systém)“. Pod tímto názvem se skrývala soustava motorků na hypergolické pohonné látky (monometylhydrazin a dimer oxidu dusičitého), díky kterým mohla Gemini měnit nejen svou polohu v prostoru, ale na rozdíl od svých předchůdců také řízeně měnit parametry orbitální dráhy.

Systém OAMS měl původně využívat dvou typů motorků: osm kusů s tahem 110 N pro orientaci lodi v prostoru, a dalších osm kusů s tahem 440 N pro translaci. Nakonec se však kombinace motorků ustálila na počtu 8 kusů s tahem 110 N, dva s tahem 380 N a šest s tahem 440 N. Nejmenší motorky byly uspořádány v párech symetricky po obvodu blízko široké základny přístrojové sekce. Dva z motorků s tahem 440 N pro translaci byly umístěny tamtéž a zajišťovaly pohyb Gemini vpřed, zbylé čtyři pak měly své místo na retrográdní sekci a staraly se o pohyb nahoru, dolů, doleva a doprava. Motorky s tahem 380 N byly umístěny také na retrográdní sekci a zajišťovaly pohyb vzad. Systém OAMS mimo svou primární funkci působil u prvních dvou pilotovaných misí také jako pojistka – zážehem v apogeu posledního orbitu se perigeum Gemini posunulo do atmosféry a tím byl zaručen návrat i v případě, že by selhaly brzdicí motorky.

Plášť adaptéru měl na svém povrchu nanesenu typickou světlou barvu na keramické bázi s tenkými tmavými proužky. Toto barevné schéma bylo zvoleno kvůli termální stabilitě uvnitř adaptéru, navíc plášť byl zahrnut v chladicím systému coby radiátor přebytečného tepla. Byl tvořen tenkým plátem hořčíkové slitiny, strukturální pevnost adaptéru zajišťovaly hliníkové obruče a hořčíkové podélníky. Zadní konkávní strana adaptéru byla tvořena stěnou na bázi laminátu, na kterou byla odpařováním nanesena vrstvička zlata. Ta měla opět zaručit udržení teplotních poměrů.

Posádky Gemini často přirovnávaly své lodě ke sportovním autům. Byly kompaktní, živé, dobře ovladatelné, na druhou stranu v nich bylo stejně málo místa jako ve sporťáku. Celkově bylo postaveno dvanáct letových kusů, přičemž jeden z nich měl poměrně zajímavou genezi. Gemini se sériovým číslem 3 byla původně testovacím kusem pro zkoušky ve vakuové komoře. Tam měla loď projít sérií simulovaných orbitálních letů jako příprava pro „Project Orbit“, kdy se měly zkoumat možné problémy při orbitálních misích. Po rozpočtových škrtech však bylo rozhodnuto tento kus použít pro pilotované lety a místo něj upravit jeden z tzv. „boilerplate vehicles“, což byly hmotnostní makety, na nichž se zkoušelo rozložení hmotnosti, procedury např. při vyzvedávání z mořské hladiny, integrace s rampou a nosičem a podobně. Loď s číslem 3 tedy putovala na dopracování a nakonec byla použita při první pilotované misi coby Gemini III, a její místo ve vakuové komoře zaujal přepracovaný exemplář boilerplate, který původně nesl označení STA-1. Nyní byl přejmenován na 3A. Po zrušení projektu Orbit byla kabina použita pro zkoušky odhození překrytů a funkce katapultovacích křesel. Krom tohoto kusu bylo vyrobeno dalších osm boilerplates, několik cvičných kabin pro výcvik posádek a blíže neurčené množství systémových maket.

Jak už bylo řečeno, program vinou různých potíží a problémů s financováním postupně zaostával za původními termíny. Ještě v dubnu 1963 se počítalo se startem první bezpilotní mise v prosinci téhož roku, nakonec však termín opět sklouzl doprava. Jaro 1964 však mělo konečně přinést inaugurační let kosmické lodě, jež měla být klíčovým prvkem v závodě o Měsíc…

   
(článek má pokračování)
   

Zdroje obrázků:

https://archive.org/download/S65-14257/S65-14257.jpg (kredit: NASA)
https://spaceflight.nasa.gov/gallery/images/gemini/gemini7/hires/s65-60604.jpg
„Project Gemini Familiarization Manual: Manned Spacecraft Rendezvous Configuration,“ SEDR 300, June 1, 1962, str. 2-3.
http://www.ejectionsite.com/ejctpic/gemini_34rs.jpg (kredit: Weber aircraft via ejectionsite.com)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gemini9aHeatshield.jpg
https://history.nasa.gov/SP-4002/images/fig23.jpg
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Rcs-gemini.jpg