Lodě projektu Vostok byly od počátku koncipovány jako dvoudílné. Jednu část měla tvořit návratová kabina, jež měla obsahovat vše důležité pro pobyt pokusných zvířat, kosmonauta nebo špionážní fotoaparatury. Druhým dílkem skládačky pak byl přístrojový úsek. V něm měly být soustředěny komponenty a agregáty nutné pro fungování lodě na oběžné dráze. Zřejmě tím nejdůležitějším, co přístrojový úsek obsahoval, byl brzdicí motor. Bez něj by se loď teoreticky nemohla dostat z oběžné dráhy do atmosféry (byť, jak ještě uvidíme, řešení pro případ selhání motoru se našlo). V prvních náčrtech lodě se přístrojový úsek nacházel vzhledem k návratové kabině vepředu, nakonec se ale dostala do popředí koncepce, která počítala s umístěním přístrojového úseku za kabinou. Velmi přísné požadavky na objem a hmotnost jednotlivých systémů hnaly konstruktéry na hranu tehdejších možností. Jak vzpomínal pozdější kosmonaut Oleg Makarov, který jako mladičký inženýr OKB-1 pracoval právě na projekci přístrojového úseku a rozmístění aparatur v jeho útrobách, nebyla to zdaleka jednoduchá práce a podoba tělesa, které pomáhalo tvořit ikonický vzhled první pilotované lodi světa, se několikrát měnila…

Stroj pro historii – přístrojový úsek

Jednou z prvních otázek, které bylo nutné ve vztahu k přístrojovému úseku vyřešit, byl koncept hermetičnosti. Bylo by lépe úsek koncipovat jako hermetický, nebo jej nechat otevřený vnějšímu vakuu na orbitální dráze? Nehermetická varianta byla na první pohled velmi výhodná, co se týče hmotnostních parametrů. A aparatury by mohly být navrženy tak, aby si s vakuem poradily. Na druhou stranu hermetický úsek by zajišťoval přístrojům velkou dávku pohodlí pro fungování a tím by snižoval pravděpodobnost selhání.

Původní návrhy stroje OD-2 počítaly s umístěním přístrojového úseku před návratovou kabinou.

Tato otázka byla nakonec vyřešena s porcí předběžné opatrnosti – přístrojový úsek bude hermetický. Byť to znamenalo zhruba 200 kg navíc, přístroje v něm měly být jako v bavlnce. Úsek byl během předstartovních příprav naplněn dusíkem, který zajišťoval optimální teplotní podmínky. Jak již bylo řečeno, dodavatelům jednotlivých aparatur se na líci rozzářil spokojený úsměv, stejně tak vedení programu. Nyní nebylo nutné přístroje testovat na výdrž ve vakuu a tím se zkracovala doba zhotovení této části kosmické lodi.

Kdo ovšem úsměv na líci rozhodně neměl, to byl tým, jenž se zabýval konstrukcí úseku. Velmi záhy se zjistilo, že do přístrojového úseku tak, jak byl v té době navržen, se všechna aparatura jednoduše nevejde. Logickým řešením by bylo bývalo úsek jednoduše o pár decimetrů prodloužit, jenže v té době již byl zkonstruován a ve větrném tunelu otestován aerodynamický kryt a tím byla jednoznačně dána délka úseku, kterou nebylo možné měnit.

Celkový pohled na maketu lodi Vostok, přístrojový úsek je jasně viditelný ve spodní části.
foto: autor

Konstruktéři se však nenechali zastrašit a nakonec přišli s podobou přístrojového úseku, která byla přijata, byť do ideálu měla, podle slov tehdejších zainteresovaných, daleko. Svůj úkol však splnit dokázala a po mnoha dlouhých večerech nad rýsovacími prkny se do něj podařilo i rozmístit potřebnou aparaturu. Kuriózní bylo, že ve všeobecné časové tísni začaly být pevnostní parametry propočítávány až poté, co byly vyhotoveny výrobní plány a nebyl prostor na nějaké velké úpravy. Pokud se tedy objevilo z hlediska pevnosti nějaké bolavé místo, jednoduše byla v daném bodě lehce zesílena konstrukce a celý proces se valil nezadržitelně dále. Jak ale z historie víme, přístrojový úsek dělal přesně to, co se po něm chtělo, a činil tak spolehlivě a, až na jisté výjimky, vcelku bez problémů.

Přístrojový úsek lodí 1K a 3KA měl ve své finální podobě vzhled dvou komolých kuželů spojených svými základnami. Jeho startovní hmotnost činila přibližně 2,3 tuny, délka zhruba 2 metry, průměr v nejširším místě 2,43 metru a nabízel vnitřní prostor přibližně 3 m³. Na straně přisedající k návratové kabině měl konkávní niku, do níž dno kabiny zapadalo, na opačné straně bychom pak našli válcovitou niku, do níž pro změnu zapadal brzdicí motor. Úsek byl vyroben z listů hliníkové slitiny o tloušťce 2 mm navařených na soustružené rámy. Jak již bylo řečeno, přístrojový úsek byl naplněn dusíkem a o tepelný režim se staraly otevíratelné „okenice“ radiátorů.

Úsek byl uvnitř osazen aparaturami, které zajišťovaly funkci lodi na orbitální dráze, nacházela se zde zinkostříbrná baterie pro uspokojení energetické poptávky, byl zde mimo jiné umístěn také zálohovaný systém „Rubin“, jenž se staral o měření parametrů dráhy lodi a radiotelemetrický systém „Tral P1“.

Spodní část přístrojového úseku se svinutými anténami
Foto: autor

Není proto divu, že zvnějšku se úsek, podobně jako návratová kabina, doslova ježil anténami nejrůznějších druhů, našli bychom zde antény širokopásmového vysílače/přijímače, antény telemetrie a podobně. Většina těchto antén byla při startu ve svinutém stavu a na orbitální dráze byla rozvinuta podobně jako svinovací metr.

Speciální místo na povrchu přístrojového úseku měl systém orientace. Ten tvořily dva nezávislé okruhy trysek pracujících se stlačeným dusíkem a vyvíjejících tah 1,5 kg. Oba okruhy obsahovaly po osmi tryskách. Dusík byl dodáván z kulových nádrží, jež byly rozmístěny po obvodu přístrojového úseku poblíž jeho předního konce. Oněch nádrží bylo šestnáct, přičemž neobsahovaly pouze dusík, některé z nich byly naplněny také stlačeným vzduchem a kyslíkem pro systém zajištění životních podmínek.

Alexej Isajev
Zdroj: engine.aviaport.ru

Zřejmě nejdůležitějším agregátem v rámci přístrojového úseku byl brzdicí motor z dílny Alexeje Isajeva. Jednalo se o klíčový prvek, který byl naprosto nezbytný pro úspěšné zakončení mise. Pakliže by motor selhal nebo nezbrzdil loď dostatečně, kosmonaut by byl uvězněn na oběžné dráze s velmi nejistými vyhlídkami. Navíc, vzhledem k hmotnostním limitům, nebylo možné motor zálohovat, jednalo se tedy o prvek bez redundance. Bylo tak naprosto nezbytné, aby byl brzdicí motor co nejvíce spolehlivý a jendnoduchý, aby bylo pokud možno vyloučeno jeho selhání.

Když v zimě roku 1958 začaly první práce na návrhu motoru pro první pilotovanou kosmickou loď, rozvinula se v rámci OKB-1 debata o tom, o jaký typ motoru by se mělo jednat. Poměrně velká skupina inženýrů v čele se Sergejem Koroljovem byla toho názoru, že by bylo nejvhodnější využít motor na tuhé pohonné látky. Ovšem proti nim vyvstala opozice, která argumentovala ne zcela uspokojivými charakteristikami tohoto typu motorů zejména co se týče přesnosti impulsu. Motory na kapalné pohonné látky byly oproti motorům na pevné látky jakýmisi „švýcarskými hodinkami“, které bylo možné velmi přesně kalibrovat a díky tomu se rozptyl bodu přistání mohl z oblasti 400-500 km snížit o celý řád.

Koroljov se nakonec nechal přesvědčit a rozhodl se prostřednictvím svých náměstků Mišina a Mělnikova oslovit OKB-2 pod vedením Alexeje Isajeva s návrhem na vývoj motoru pro Vostok. Isajev ovšem o ničem takovém nechtěl ani slyšet. Koroljov jej poté pozval na osobní setkání. Isajev čekal, že celá záležitost bude trvat maximálně pět minut, nakonec to ale bylo minut pětačtyřicet. Když se motorář vynořil z Koroljovovy pracovny, zmohl se pouze na konstatování: „Eskamotér. Velký eskamotér…“ Na základě této schůzky Isajev souhlasil s tím, že se vývoje motoru ujme.

Motor TDU-1
Zdroj: engine.aviaport.ru

Také on narazil ve své kanceláři na opozici, která navrhovala převzít některý z raketových motorů určených pro použití v letounech, a ten předat OKB-1, ať si s jeho dopracováním poradí Koroljovovi lidé sami. Isajev však trval na svém a OKB-2 začalo pracovat na motoru, který dostal označení TDU-1 (tормозная двигательная установка), úplně od začátku. Úsměvná historka se traduje o poradě vedení OKB-2 a OKB-1 ohledně prvotních parametrů motoru v lednu 1959. Účastníci se dlouho nedokázali shodnout na suché hmotnosti motoru, přičemž rozdíl v postojích obou stran činil zhruba 20 kg. Nakonec věc rozetnul Koroljov se svým typickým fanfarónstvím a smyslem pro humor: „A kolik vážíte Vy, Alexeji Michajloviči?“ optal se. „Stopět kilogramů,“ zněla Isajevova překvapená odpověď. „Tak tedy pojďme do technického zadání napsat: ‚kompletní suchá hmotnost TDU-1 je rovna hmotnosti Alexeje Michajloviče – 105 kilogramů!‘“ Atmosféra se rázem pročistila a tento návrh byl přijat. Pracovníci OKB-1 mimo jiné také demonstrovali velmi omezený prostor cylindrické niky v přístrojovém úseku, kam se měl motor vejít a hned následujícího dne byla v OKB-2 ustavena „bojová skupina“, která zahrnovala jak pracovníky Isajevovy kanceláře, tak „styčné důstojníky“ z Koroljovského OKB-1. Termíny byly naprosto šibeniční, motor měl být vyvinut, otestován a připraven tak, aby byl k dispozici v prvním kvartále roku 1960.

Vzácná fotografie TDU s jeho tvůrci
Zdroj: engine.aviaport.ru

První zážeh motoru TDU-1 na zkušebním stendu proběhl už 26. září 1959! Isajevovcům se podařil husarský kousek, když se nakonec vešli nejen do časového limitu, ale také do hmotnostního limitu – suchá hmotnost TDU-1 činila 102 kg. Pracovníkům OKB-2 se podařilo vyvinout velmi zajímavý, ale hlavně spolehlivý motor. Jak se při oslavě prvního pilotovaného letu v Kremlu v žertu vyjádřil v přítomnosti Nikity Chruščova Sergej Koroljov: „Takto spolehlivě dokáže technický rozvoj ‚brzdit‘ pouze firma A. M. Isajeva.“ Chruščov na chvilku zaváhal, ale vzápětí onu narážku pochopil a přidal se ke všeobecnému smíchu. Paradoxem bylo, že právě při prvním letu člověka motor nepracoval stoprocentně, ale o tom později…

Vraťme se však k motoru samotnému. TDU-1 byl schopen vyvinout tah 15,83 kN a pracoval s hypergolickými pohonnými látkami – kyselinou dusičnou jako okysličovadlem a aminem coby palivem. K dispozici bylo přibližně 280 kg pohonných látek, což stačilo pro snížení rychlosti lodi o 100-140 m/s v závislosti na její hmotnosti. Orientaci během zážehu zajišťovaly čtyři trysky u základny motoru, do nichž byly přiváděny spaliny z plynového generátoru. Impulsy k aktivaci jednotlivých trysek přicházely z palubních gyroskopů. Jednalo se o první kapalinový motor sovětské provenience, který byl díky své konstrukci schopen zážehu v podmínkách mikrogravitace.

Přístrojový úsek samotný by nebyl nic platný, pokud by nebyl propojen s návratovou kabinou a tím jí neposkytoval potřebná data a signály a nezásoboval ji energií a vzduchem. Právě k těmto účelům sloužila jakási „pupeční šňůra“ zvaná „kabel-mačta“. Jednalo se o tunel, skrze který byly vedeny kabely a propojky, a který měl na svém konci velkou „zástrčku“, která pasovala na speciální desku – „zásuvku“. Kabel-mačta obsahovala přes osm stovek kontaktů. Poté, co dohořel brzdicí motor, měla být zástrčka pyrotechnicky vyhozena za zásuvky (což se, jak jsme se už v jednom z minulých dílů mohli přesvědčit, někdy nestalo) a dále se návratová kabina měla spolehnout na vlastní zdroje.

Schéma přístrojového úseku: 3-nádrže se stlačenými plyny; 4-plášť přístrojového úseku; 5-antény komunikačního systému Zarja; 6-TDU; 7-antény systému Signal; 8-antény telemetrie; 9-žaluzie termoregulačního systému; 10-sluneční čidlo
Zdroj: facebook.com (kredit: Roskosmos)

O to, aby během letu tvořila návratová kabina s přístrojovým úsekem jeden pevný celek, se postaraly čtyři ocelové pásy, jež obtáčely návratovou kabinu a na jejím vrcholu byly spojeny. Pásy mimo jiné poskytovaly základnu pro umístění antén dálkového povelového systému. Stejně jako kabel-mačta byly po ukončení práce brzdicího motoru pyrotechnicky přerušeny, čímž byla návratová kabina uvolněna k samostatné pouti atmosférou. Aby nedošlo ke kolizi obou komponentů lodi, byla v konkávním dnu přístrojového úseku pružina, jež návratovou kabinu jemně odstrčila rychlostí 0,7 m/s, přičemž úhlové rychlosti návratové kabiny po oddělení neměly přesahovat 1,5°/s. První plány lodi počítaly s poměrně komplikovanou soustavou systémů, kdy by existoval zvlášť jeden systém pro oddělení kabel-mačty, jiný systém pro rozpojení obou částí lodi, jiný systém zase pro jejich separaci, nakonec ale vyhrála mnohem jednodušší alternativa se zmíněnými pyropatronami, předepnutými ocelovými pásy a obyčejnou pružinou.

Jeden z komponentů aparatury Signal, který evidentně přísnou kontrolou prošel…
Foto: autor

Pro případ selhání palubního sekvenceru „Granit“, jenž se staral o časování všech operací a úkonů, mohly být pásy i kabel-mačta odpáleny i prostřednictvím impulsu z tepelných čidel, jež měly detekovat vzrůstající teploty při vstupu do atmosféry. Jak posléze uvidíme, toto opatření se mělo vyplatit…

Celkově bylo v lodi 3KA použito 421 elektronek, více než 600 tranzistorů, 56 elektromotorů, přibližně 800 relé a přepínačů, to vše propojeno 15 kilometry drátů a kabelů. Celková startovní hmotnost lodi (v případě prvního pilotovaného Vostoku 4 725 kg) byla percentuálně rozdělena takto: samotná konstrukce tvořila 20 % celkové hmotnosti, tepelná ochrana — 17,7 %, palubní systémy — 21,5 %, systém napájení elektrickou energií — 12,5 %, palubní kabeláž — 8,6 %, , brzdicí motor — 8,4 %, křeslo s kosmonautem — 7,1 %, přistávací systém — 3,2 %, stlačené plyny — 1%.

Není také bez zajímavosti, že pro lodě 3KA byly vybírány pouze ty nejlepší agregáty, součástky a komponenty z dané šarže, a tyto součástky procházely výjimečně přísnou kontrolou. Teprve poté byly opatřeny nápisem „3KA“ nebo „годен для 3КА (vyhovuje pro 3KA)“ a vypraveny do Podlipek, kde byly montovány na stroje, které tvořily historii. Jak ovšem budou tyto jednotlivosti fungovat coby součást celku, to se mělo ukázat na přelomu zimy a jara 1961…

(článek má pokračování)

Zdroje obrázků:

http://www.spacefacts.de/graph/drawing/large/english/vostok.htm (kredit: Spacefacts.de)
https://warspot-asset.s3.amazonaws.com/articles/pictures/000/081/624/content/ris02-0c6a8232b5bb65550eb612edcab2d317.jpg (kredit: warspot.ru)
foto: autor
foto: autor
http://engine.aviaport.ru/issues/73/pics/pg32pc03.jpg
http://engine.aviaport.ru/issues/73/pics/pg32pc04.jpg
http://engine.aviaport.ru/issues/73/pics/pg32pc05.jpg
https://www.facebook.com/Roscosmos/photos/a.1398392870415396/1607961636125184/?paipv=0&eav=AfYxW5LH1x44MRq1HnDYx5UK52bSjwiEjOvx15UXVyJTeYA6yP-WDYetDfVKFSxK9_E&_rdr (kredit: Roskosmos)
foto: autor