Obecnou mantrou poslední doby se (nejen) v kosmonautice stala znovupoužitelnost. Přestože první kosmickou lodí, jež byla od počátku koncipována k tomu, aby vozila opakovaně posádky na orbitální dráhu, byl americký raketoplán, teprve dnes se tomuto přístupu díky novým komunikačním kanálům a internetu dostává zasloužené pozornosti těm, kteří do kosmonautiky opět tento přístup zavádějí. V čele snah o mnohonásobnou použitelnost stojí dnes zcela poprávu společnost SpaceX. Jen skuteční fanoušci kosmonautiky však vědí, že tvrzení o raketoplánu coby první recyklovatelné kosmické lodi není tak zcela pravdivé. Již v šedesátých letech se objevil projekt kabiny, kterou by bylo možné opakovaně využít k letům s posádkou. Tento projekt se podařilo dotáhnout pouze do fáze testovacích bezpilotních letů, nicméně koncept byl potvrzen a prověřen. Vzhledem k zaměření tohoto seriálu se již vážení čtenáři jistě dovtípili, že řeč je o stroji z dílny Vladimira Čeloměje a jeho konstrukční kanceláře CKBM. Stroj s indexem 11Ф74 a poměrně nenápaditým názvem VA (Возвращаемый Аппарат – návratový aparát) byl rozhodně nevšedním kouskem techniky a v mnohých ohledech předběhl svou dobu…

​

​TKS – loď z říše snů (část 2. – VA)

Zrod návratové kabiny VA oplýval jedním zajímavým aspektem: nejednalo se o konstrukci vyvinutou zcela od základu čistě pro loď TKS. Kořeny VA sahají hlouběji do minulosti, konkrétně do roku 1964. Tehdy se začalo OKB-52 (pozdější CKBM) zabývat plány na vývoj LK-1. Pod tímto názvem se skrývala kosmická loď určená pro oblet Měsíce. V rámci vývoje konstruktéři nahromadili mnoho zkušeností a během testů vyzkoušeli nesčetné množství podob návratové kabiny, aby se nakonec shodli na tvaru komolého kužele s konvexní základnou. Mimochodem – stejný tvar měly i velitelské moduly amerických lodí Apollo. Tvar spolu s vyoseným těžištěm zajišťoval určitou míru vztlaku a během průletu atmosférou byl i do jisté míry řiditelný.

Do prací na LK-1 ovšem zasáhla politika a rivalita. Na vršek nosičů Proton tak v rámci programu L-1 (pilotovaný oblet Měsíce) zamířily lodě 7K-L1 z dílny koroljovského OKB-1 (později CKBEM). Čeloměj se však nemínil vzdát a začal na základě zkušeností z programu L-1 rozpracovávat LK-700, tedy stroj, jenž měl Sověty dostat na povrch Měsíce. Byť se ani tento projekt nepodařilo dovést do zdárného konce, pro účely našeho povídání stojí za povšimnutí fakt, že návratová kabina měla opět tvar komolého kužele s konvexním dnem. A přesně tento tvar dostala do vínku i návratová kabina VA pro loď TKS v rámci programu Almaz. Po jistou dobu byly oba projekty rozpracovávány paralelně, nakonec však byla štěstěna více nakloněna TKS (byť, jak ještě uvidíme, ona náklonnost nebyla tak žhavá, jak by se dalo očekávat).

Vlevo celková kompozice VA+ADU, vpravo samotná návratová kabina
Zdroj: zen.yandex.ru

VA se skládala z několika částí. Vespod bychom našli samotnou návratovou kabinu, na jejímž vrcholu byla instalována lehce štíhlejší sekce, zajišťující orientaci a stabilizaci kabiny v prostoru. Při startu se pak na vrcholu této sekce nacházela záchranná věžička ADU. Zvolená koncepce byla poměrně nevšední, nicméně měla své nesporné výhody, jak se přesvědčíme dále. Abychom však dodrželi logiku popisu VA, začneme od samotné návratové kabiny.

Ta měla, jak již bylo řečeno, tvar komolého kužele se základnou o průměru 2,79 metru a výškou 3,64 metru. Hmotnost samotné kabiny během přistání činila 2,89 tuny a její vnitřní objem byl celkových 8,37 m³, přičemž „obytný prostor“ vyhrazený pro kosmonauty, jejich křesla a další vybavení v interiéru skýtal 4,56 m³. V rámci tohoto volného prostoru mohlo být „směrem nahoru“ v kabině umístěno 100 kg nákladu a při cestě „směrem dolů“ pak zhruba 50 kg. Pokud by kabina přistávala v bezpilotním režimu, na Zem by mohla dovézt 500 kg nákladu.

…s Almazem se v případě autora vůbec pojí mnoho hřejivých momentů. Zde pachatel těchto řádků v návratové kabině VA. Povšimněte si zajímavého uzavíracího mechanismu na příklopu.
Zdroj: foto: Petr Šamárek

Kosmonauti seděli v křeslech Kazbek, jež byly a jsou využívány i v lodích řady 7K „Sojuz“, oproti tomuto stroji však křesla nezaujímala tvar vějíře, nýbrž byla umístěna rovnoběžně. Kazbeky byly na straně nohou upevněny v otočných závěsech, u hlavové části pak byly vybaveny amortizátory. Pomocí speciální pyropatrony byla křesla před přistáním nadzdvižena v hlavové části (rotovala okolo závěsu u nohou) o 25 centimetrů, což prodlužovalo dráhu, na níž amortizátory mohly tlumit energii impaktu při dosednutí. Stejný systém využívají také Sojuzy.

VA mohla setrvat v samostatném letu až 31 hodin, během této doby se o přežití kosmonautů postaral systém zajištění životních podmínek. Ten se nacházel ve speciálním kontejneru přichyceném na tepelném štítu vespod kabiny a byl s ní propojen skrze kabelový svazek. Před vstupem do atmosféry byl kontejner pochopitelně odhazován, svazek byl oddělován pyrotechnicky.

Informace o práci důležitých systémů, stejně jako o důležitých parametrech letu dostávali kosmonauti prostřednictvím relativně velkého ovládacího panelu přímo před sebou. Pod panelem přímo před prostředním křeslem byla umístěna matnice periskopu OSK-3R, který posádka využívala pro kontrolu orientace před brzdicím zážehem. Z osobní zkušenosti autora je nutno říci, že kabina působí relativně stísněně, je tomu tak zejména díky křeslům Kazbek, jež nutí zaujmout fetální pozici. Oproti lodím řady 7K se však jedná o kabinu znatelně větší a tím i pohodlnější.

Kosmonauti měli možnost loď opustit třemi různými způsoby. Po přistání bylo možné využít kruhový průlez na pravé straně kabiny (přičemž vnitřní mechanismus příklopu je klasickou ukázkou funkčnosti a zároveň krásy technického designu), druhou možností pak bylo opuštění kabiny nouzovým průlezem na jejím vrcholu. Ovšem pro přechod do druhé části lodi TKS, jímž byl blok FGB, kosmonauti měli použít průlez, jehož umístění původně mezi pracovníky CKBM vyvolávalo velmi živé spory. Jednalo se o stejné řešení, jaké mělo být využito i u americké lodi Gemini-B pro program stanic MOL.

Část palubní desky VA. Vybavení je poplatné době vzniku.
Foto: autor

Tento průlez byl umístěn ve dnu kabiny, vedl tedy skrze tepelný štít. Námitky odpůrců tohoto umístění lze velmi snadno pochopit: z jejich pohledu bylo jakékoli narušení celistvosti tepelného štítu zbytečným rizikem. Ovšem koncepce lodi TKS de facto jiný způsob nepřipouštěla (pokud pomineme jistá exotická a ne zcela ideální řešení typu nafukovací tunel z bočního průlezu a podobně). Vladimir Čeloměj ovšem na tomto způsobu přechodu kosmonautů do FGB trval a čas mu nakonec dal zapravdu. Příklop o průměru 550 mm, jenž se odklápěl směrem do interiéru kabiny, měl v průřezu kónický tvar rozšiřující se směrem dovnitř. Jeho umístění vycházelo z výsledků mnoha zkoušek a simulací. Ty ukázaly, že ideálním místem je bod, kde se masa vzduchu nejvíce brzdí, tedy tam, kde vzduch nabíhá na štít kolmo. V tomto místě se vzduch po zbrždění a kompresi plavně radiálně „roztéká“ do stran. Hrana příklopu byla chráněna kovovou obručí. Tato obruč po nahřátí mírně expandovala a, stejně jako pístní kroužky v motoru automobilu, bránila vniknutí plazmatu do štěrbiny mezi příklopem a hranou průlezu.

Samotný tepelný štít měl tři části – část chránící špici kabiny, část chránící boky a konečně část chránící dno. Posledně jmenovaná část byla pochopitelně nejsilnější, neboť právě na dno kabiny působilo největší tepelné namáhání. V principu se jednalo o klasický ablativní štít, jehož základem byly vrstvy matrice z křemičité tkaniny napuštěné fenolformaldehydovou pryskyřicí. Potud se nejednalo o nic zvláštního, co však rozhodně stojí za zmínku, je fakt, že specialisté CKBM spolu s pracovníky několika vědeckých institutů vypracovali technologii obnovy tepelného štítu po jeho použití. To zaručovalo možnost kabinu recyklovat až desetkrát! Na svou dobu se jednalo o pozoruhodný výkon.

Na špici kabiny se nacházela kónická „nosová“ část. V ní byl umístěn brzdicí motor 11D843 na tuhé pohonné látky o tahu 7,5 tuny po dobu šesti sekund. Ten zajišťoval zbrždění lodi zhruba o 100 m/s a tím její navedení do atmosféry v rozsahu výšek 165-450 km. V nosové části našly své místo také orientační motorky na kapalné pohonné látky, jež byly určeny k orientaci lodi a k její stabilizaci a řízení během průletu atmosférou.

Schéma VA. Nahoře věžička ADU, uprostřed nosový úsek, pod ním samotná kabina. Pod ní je navěšen kontejner environmentálního systému.
Zdroj: Novosti kosmonavtiki 9/2002 (kredit: NPO Mašinostrojenija)

Po průletu atmosférou zhruba ve výšce 10 kilometrů byl nosový úsek oddělen, aby uvolnil místo pro práci padákového systému. Ten byl trojkaskádový – nejprve byl rozvinut výtažný a stabilizační padáček, následně brzdicí padák a nakonec tři hlavní padáky o celkové ploše 1770 m². Ty zajistily snížení rychlosti klesání přibližně na 6,3 m/s. Aby bylo přistání pokud možno co nejměkčí, těsně před dosednutím (ve výšce 1-5 metrů) byl na povel gamaradiovýškoměru zapojen brzdicí motor na tuhé pohonné látky. Jeho místo bylo na vrcholu kabiny, pracoval 0,29 sekundy a jeho spaliny směřovaly podél jejích stěn. Rychlost dosednutí se díky němu snížila zhruba na 3 m/s (maximální přípustná rychlost dosednutí – například při ne zcela ideálních podmínkách, jako je například velmi silný vítr – činila 5 m/s).

Kabina samozřejmě byla schopna dosednout i na vodní hladinu, v tom případě ji mohla posádka opustit již zmíněným průlezem ve špici kabiny. V případě nominálního sestupu měla být kabina schopna dodržet přesnost přistání definovanou elipsou o rozměrech 27 x 13 kilometrů, což bohatě dostačovalo pro její rychlou lokalizaci a příjezd vyhledávacích a záchranných jednotek.

Na startu byla na nosové části připevněna ještě záchranná věžička ADU. Funkce záchranného systému byla i díky koncepci lodě TKS mnohem jednodušší než u Sojuzů. Sojuzy jsou totiž z hlediska záchranného systému ne zcela šťastně koncipovány. Při aktivaci záchranného systému musí věžička odnést mimo návratové kabiny i zcela zbytné části, jakými je orbitální úsek, který trůní nad návratovou kabinou a horní polovinu aerodynamického krytu. To samozřejmě klade vysoké nároky na výkon systému, pročež obratem roste jeho hmotnost. Zbytečně se komplikuje také sekvence oddělování návratové kabiny od zbytku záchranné sestavy.

U lodi TKS byl koncept mnohem jednodušší. Díky průlezu ve dnu kabiny mohla být VA umístěna přímo na špici a téměř tři tuny vážící záchranná věžička ADU o délce 4,65 metru a průměru 1,5 metru byla připevněna přímo na nosový úsek kabiny. Motor na tuhé pohonné látky dokázal vyvinout tah 72 tun po dobu šesti sekund. Spaliny byly usměrňovány čtyřmi tryskami. Ve věžičce se nacházel ještě jeden motor na tuhé pohonné látky o tahu 22,5 tuny sloužící k oddělení ADU od zbytku sestavy a motorky, jež zajišťovaly stabilizaci a odklon trajektorie z oblasti ohrožení.

Celkový pohled na VA včetně kompletní věžičky ADU v horní části
Zdroj: kpopov.ru (kredit: K. Popov)

Záchranný systém mohl pracovat ve třech různých módech, podle konkrétní situace a fáze startu. První fáze byla využita po dobu, kdy se nosič s lodí nacházel ještě na startovní rampě. Pro záchranu z rampy byla aktivována nejen věžička ADU, ale také brzdicí motor v nosové části. Jejich kombinovaný tah dokázal během dvou sekund vynést kabinu do výšky 2 km (přetížení dosahovalo zhruba 15 g) s bočním rozestupem 1 km od rampy. Pyrotechnicky byl vystřelen výtažný padáček, následně brzdicí padák a vzápětí tři hlavní padáky. Následovalo dosednutí stejně jako u nominálního průběhu letu, tedy s využitím motorků pro měkké přistání. Systém, v němž současně pracuje záchranná věžička i brzdicí motor lodi, je unikátní a nemá v kosmonautice obdoby (koneckonců CKBM si jej nechala patentovat). Po opuštění rampy až do 170 sekundy letu zajišťovala záchranu posádky pouze věžička ADU. Ve 170. sekundě byla věžička odhozena a záchranu lodi zajišťoval brzdicí motor v nosové části VA.

Bylo evidentní, že tvůrci kabiny si dali záležet i na detailech, jež měly být využity při nouzovém přistání mimo určenou oblast. Například radioaparatura „Aurora“ byla pro tento případ vybavena kabelem o délce přibližně 6 metrů, na jehož konci byl ovládací panel s velkými tlačítky. Díky tomuto zajímavému systému mohla posádka po nouzovém přistání opustit loď a současně aktivně vysílat signály SOS a udržovat spojení, přičemž díky zvolenému řešení tak mohla činit i po návratu z dlouhodobého letu a tedy příslušně fyzicky oslabena.

Jak vidno z předchozích řádků, loď TKS byla na svou dobu velmi pokročilým strojem, který měl ambice sovětskou kosmonautiku posunout na kvalitativně novou úroveň. Loď samotná měla velký potenciál jak stran nosnosti, výkonů i schopností, tak jako platforma pro eventuální další vývoj. Prostor i kapacita doslova volaly pro modifikaci k nejrůznějším účelům – při pohledu na nákres TKS vyvstává před očima obraz malé kosmické laboratoře, krátkodobé pozorovací platformy, základu lodi pro oblet Měsíce, cestu k Marsu a podobně. Potenciál TKS však byl nakonec využit jen zpola.

Přestože se stroje TKS nakonec do vesmíru vydaly, nikdy nenesly při startu na své palubě kosmonauty. Jejich koncpeci však prověřil čas a fanoušci kosmonautiky jistě vědí, že v současné době nad našimi hlavami krouží dokonce dva „pohrobci“ tohoto pozoruhodného projektu. O tom bude jistě v rámci tohoto seriálu ještě řeč, nyní se však vraťme do druhé poloviny sedmdesátých let, kdy navenek vše vypadalo pro Almaz velmi dobře, v zákulisí se ale schylovalo k pohromě…

(článek má pokračování)

Zdroje obrázků:

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:FP2A3947_(23497687188).jpg
https://zen.yandex.ru/media/they/kakim-byl-pervyi-v-istorii-upravliaemyi-kosmicheskii-gruzovik-5c46e60a83b63e00b5f42e50
foto: Petr Šamárek
foto: autor
Novosti kosmonavtiki 9/2002
https://kpopov.ru/military/vdnh/vertical/dsc_5887.jpg (kredit: K. Popov)