Od doby startu modulu CARE se událo mnohé. Avšak pilotovaný program postupoval kupředu jen velmi pomalu. Nebyl totiž až do roku 2018 prioritou. Problém byl i rozpočet. Program Gaganyaan byl leta podfinancovaný a skupina pracovníků, tak často improvizovala. Podařilo se ale myšlenku na vlastní pilotovaný program udržet na živu. Čas byl využit k zahájení výstavby infrastruktury a vybírání posádky a dále se pilovaly detaily samotné mise, které byly následující: Až tříčlenná posádka bude vyslána na cca 7 denní misi ve vlastní kosmické lodi, která se bude skládat ze dvou hlavních částí. Servisního modulu se solárními panely, bateriemi a vším potřebným k přežití posádky. A přetlakové, návratové kabiny pro posádku. Ta je ještě v době startu na svém vrcholu opatřena záchrannou věžičkou CAS (Crew Abort System). Právě u ní začneme naše další vyprávění, které mapuje cestu Indie k první pilotované misi.

„Bez úniku do kosmu nelez“

První zkouška záchranné věžičky programu Gaganyaan v roce 2018. Obrázek: ISRO

Další klíčový test programu Gaganyaan se uskutečnil 5. července 2018. Proběhla zkouška únikového systému ISRO Pad Abort Test. Což je scénář při kterém se simuluje odnesení kabiny do bezpečí. Test měl prokázat účinnost záchranné věžičky (CAS), která funguje na podobném principu jako vystřelovací křeslo pro piloty. Modul pro posádku byl urychlen pomoci motoru na tuhé pohonné látky LEM a dosáhl přetížení až 10 g. Nejvyšší dosažená výška byla 2,75 km. Zkušební modul se snesl v pořádku na padáku asi 2,9 km od místa startu do vln Indického oceánu a byl vyloven. Celková doba trvání testovací mise byla 259 sekund. Testovací let byl zaznamenáván přibližně 300 různými senzory. Hlavními cíli testu bylo nominální stoupání o délce 20 sekund a 200 sekund trvající klesání na padácích a jejich úspěšné oddělení po dosednutí. Zkouška byla uskutečněna z vesmírného střediska Satish Dhawan na ostrově Šríharikota na stanovišti pro sondážní rakety. Toto zařízení se nachází méně než 200 metrů od pobřeží, a asi dva a půl kilometru jižně od druhé odpalovací rampy (SLP), odkud běžně létají indické nosiče. Pokud by někoho zajímal záznam z testu, tak ho lze nalézt například zde.

Časová osa testu Pad Abort Test. Obrázky: ISRO

Test byl i přes menší trable úspěšný. Například roštová kormidla dostala nový design, jak ukazuje jeden z obrázků. Čistě čtvercový tvar byl změněn a dva rohy jsou zkosené. Test ale zdaleka nebyl jediný, který bude muset záchranný systém absolvovat, či již absolvoval. Pojďme si tedy záchranou věžičku popsat.

Crew Escape System (CES)

Část s názvem CES, neboli záchranná věžička, má v případě přerušení mise během počáteční fáze letu zajistit oddělení kabiny s posádkou, a její odnesení do bezpečné vzdálenosti od rakety. To je možné díky výkonnému motoru LEM (Low Altitude Escape Motor). LEM je úzce zaměřený raketový motor na tuhé palivo se čtyřmi tryskami s reverzním prouděním. Co se ale za tímto označením vlastně skrývá? Žádné složitosti netřeba hledat. Jde v podstatě o „klasický“ motor na tuhé pohonné látky. Jen s tím rozdílem, že je obráceně. Jeho spaliny tedy směřují nahoru místo dolu, jak jsme zvyklí. Jenže to by potom znamenalo, že tah bude opačným směrem. Proto jsou na konci válce zahnuté trysky do opačného směru, které usměrňují spaliny tak, aby šly požadovaným směrem a motor měl správný směr tahu. Jak lze vidět také na obrázku.

Ukázka konfigurace záchranné věžičky včetně popisu základních částí. Zdroj: ISRO/ úprava autor

Pojďme si tedy popsat motor podrobněji. LEM byl vyvinut ve Vesmírném středisku Vikram Sarabhai (VSSC) v Thiruvananthapuramu, jako raketový motor pro speciální účely. Požadován byl vysoký tah a krátká doba provozu. Pro dosažení specifických požadavků mise byla vyvinuta nová pohonná hmota s vysokou rychlostí hoření. Trysky mají úhel 149°. Je dobré poznamenat, že palivo v motoru na tuhé pohonné látky hoří směrem ke stěnám válce. Celkový průměr tohoto motoru je 0,8 m a délka činí 5 m. LEM musí generovat tah 787 kN (minimálně) po dobu nejméně 4,6 s. Celkově se spálí 1750 kg pohonné látky během doby hoření v délce 5,98 s (nominální, až 380 kg/s). Složení pohonné látky je vylepšený hydroxyl na bázi polybutadienu (HTPB), který ISRO nazývá HSPRP-1415.  Složení se tedy liší od běžně používaných pohonných látek pro motory na tuhá paliva, které ISRO využívá u svých raket. Trysky na konci válce jsou kvůli namáhání kované a nikoliv svařované. Provozní tlak uvnitř během hoření je 225 kg na čtvereční cm (kgf/cm2). Obdobné motory se pro podobné účely využívají v kosmonautice běžně.

LEM ovšem není jediným motorem v sytému záchranné věžičky CES. Na vrcholu se nachází oddělovací motor, který věžičku v určené výšce oddělí, když už není třeba. Ve spodní části je pak motor HEM (High Altitude Escape Motor), ten slouží pro oddělení kosmické lodi od rakety ve velké výšce, pokud by bylo třeba.

Vlevo: aerodynamická čepičky záchranné věžičky. Vpravo: Přepracované roštové kormidlo záchranného systému CAS. Obrázek: ISRO/Karel Zvoník

TV-D1

Raketa TV speciálně postavená pro test záchranné věžičky CES. Obrázek: ISRO

Během let ISRO otestovalo všechny zmíněné motory. O některých víme, o jiných ne. Jeden například proběhl v roce 2022. Testy probíhají na speciálním stolu s množstvím senzoru, které jsou též na motoru. Data jsou posléze vyhodnocena. Klíčový test záchranné věžičky nás doufejme čeká již tento rok. Zatím je v plánu na červen. Nese označení TV-D1 a jeho cílem bude otestovat záchranný systém za letu. Za tímto účelem ISRO vyvinulo jednostupňovou raketu TV (Test Vehicle), která vychází ze stupně L40 rakety GSLV. Na jejím vrcholu bude kabina se záchranným systémem. Ale nenechme se mýlit. Tato raketa je v podstatě úplně nová. Má vlastní řídicí systémy, konstrukci i aerodynamiku.

Hmotnost kabiny během testu bude stejná jako u letu s posádkou. Profil bude následující. Raketa poletí s modulem do výšky asi 12 km. Pote bude simulované selhání při Max-Q a mělo by dojít k aktivaci záchranné věžičky, která vynese kabinu do bezpečí do výšky asi 15-16 km. Poté následuje otevření sady padáku a přistání do vln oceánu. Kde bude čekat záchranný tým, který modul vytáhne a převeze zpět na pevninu.

Padákové testy

Padáky pro modul mají za sebou také již řadu důležitých testů. První se odehrál koncem roku 2022 pod názvem Integrated Main Parachute Airdrop Test (IMAT). Padákový systém obsahuje celkem 10 kusů padáků. V první fázi zpomalení se otevírají dvojice oddělovacích padáků. Poté následuje dvojice stabilizačních a zpomalovacích padáků. Následuje trojice pomocných padáků a po nich následuje poslední trojice hlavních padáků. Přitom dva hlavní padáky postačují k bezpečnému přistání posádky.

Integrovaný test hlavního padáku simuloval případ, kdy se jeden hlavní padák nepodaří otevřít a byl to první ze série testů plánovaných k simulaci různých poruchových podmínek padákového systému předtím, než je považován za kvalifikovaný pro použití v pilotovaném programu. Během testu byla  5 tunová maketa (ekvivalentní hmotnosti modulu pro posádku) vzata do výšky 2,5 km a shozena z letounu IL-76 indického letectva. Dva malé pomocné padáky vytáhly hlavní padáky. Plně nafouknuté hlavní padáky snížily rychlost makety na bezpečnou přistávací rychlost. Celá sekvence trvala asi 2-3 minuty a podařilo se úspěšně přistát.

Návrh a vývoj padákového systému je společným podnikem mezi Indickou organizací pro výzkum vesmíru (ISRO) a Organizací pro výzkum a vývoj obrany (DRDO). Další zajímavý test padákového systému pak proběhl začátkem roku 2023.

Jeden z testů padáků pro pilotovaný program Indie provedený na železnici. Obrázek: ISRO

Ve dnech 1. a 3. března 2023 provedla ISRO v Terminal Ballistics Research Laboratory (TBRL) v Čandígarhu testy nasazení pomocných padáku (pilot shute) pro program Gaganyaan a padáku a oddělovacích padáků (Apex Cover Separation, ACS) ve skupinové konfiguraci. Na speciální testovací kolejové dráze. První test simuloval shlukové rozvinutí dvou pomocných padáků. Jeden padák byl vystaven minimálnímu úhlu vzhledem k podmínkám proudění a druhý padák byl vystaven maximálnímu úhlu vzhledem k proudění. Tyto pomocné padáky se použijí v misi Gaganyaan k vytažení a samostatnému rozvinutí hlavních padáků.

Druhý test simuloval seskupené rozvinutí dvou padáků ACS za podmínek maximálního dynamického tlaku. Test také simuloval seskupené rozvinutí v podmínkách úhlu náběhu 90 stupňů pro modul posádky. Padáky ACS se v misi Gaganyaan používají k oddělení krytu namontovaného na modulu. Padáky jsou rozvinuty pyrotechnicky. Vývoj padákového systému Gaganyaan je společným dílem Vikram Sarabhai Space Centre (VSSC) a Aerial Delivery Research and Development Establishment (ADRDE). Padáky v rámci tohoto testu byly testovány na speciální železnici. V následujícím výčtu uvádím názvy padáků v pořadí, jak jdou za sebou.

• ACS: Apex Cover Separation – 2x Oddělovací padáky
• Mortar deployed parachutes – 2x Zpomalovací a stabilizační padáky
• Pilot chutes – 3x Pomocné padáky
• Main chutes – 3x Hlavní padáky

Jeden z nadcházejících testů zahrnuje vynesení testovací kabiny s padáky pod helikoptérou do dané výšky a následné odpojení. Vyzkoušeno by mělo být všech 10 padáků naráz. Tedy celý systém. Také padáková sada pro test TV-D1 je prý již připravena a čeká jí spojení s testovací kabinou. Podle zpráv to vypadá, že by k pokusu mohlo dojít v červenci tohoto roku. Až k zmíněným zkouškám dojde,  určitě se jim budeme věnovat v nějakém dalším dílu. Celou sekvenci celé sady padáků pěkně ukazuje tento obrázek z prezentace:

Jeden z následujících testů bude zahrnovat shození kabiny s kompletním setem 10 padáků z podvěsu vojenské helikoptéry. Obrázek: ISRO

Indická kosmická loď Gaganyaan je navržená na dopravu až 3 astronautů na oběžnou dráhu Země a jejich přibližně týdenní pobyt ve vesmíru. Právě na ní se dále zaměříme a popíšeme si jí podrobněji.

Gaganyaan – Indická kosmická loď

Počáteční studie začala v roce 2006. Tehdy ještě pod názvem Orbital Vehicle zahájilo ISRO úvahy o jednoduché kosmické lodi, schopné dopravit dvojici astronautů do vesmíru. Počáteční design byl dokončen v roce 2008 a předložen vládě ke schválení. Vládní financování indického programu pilotovaných vesmírných letů bylo schváleno v únoru 2009, ale nebyla to priorita. Postupovalo se tedy velmi pomalu a plány na první nepilotovaný let v roce 2013 rychle vzaly za své.

Umělecká představa kosmické lodě Gaganyaan. Kredit: brickmack

Nedostatek financí dokonce zpochybnil existenci celého programu, který bojoval o přežití a v srpnu 2013 bylo oznámeno, že pilotovaný kosmický program Indie byl označen jako: Mimo seznam priorit ISRO. Jen díky vůli a nadšení pracovníků se nadále podařilo udržovat program životaschopný. Jednoduše to nechtěli vzdát. Vládě navzdory. Vlaštovka naděje přilétla v roce 2014. Celý projekt byl znovu posouzen a dočkal se podstatného navýšení rozpočtu. V té době přitom už měl za sebou pilotovaný program své úspěchy. Jako například test SRE, nebo CARE, o kterých jsme podrobně psali v minulé části. Významně pak pomohla politická podpora od premiéra Narendra Modiho.

Kosmická loď je navržena jako plně autonomní. Její váha bude cca 8,2 tun a skládá se ze dvou hlavních částí: Návratové kabiny pro až tříčlennou posádku a servisní sekcí se solárními panely a vším potřebným k uskutečnění letu.

• Návratová kabina (CR)

Pohled do vnitřku kabiny a uspořádání prostoru. Diagram pochází z přednášky Dr. Naira. Jasně patrné je rozdělení na obytný prostor a úsek pro padáky a další vybavení. Růžový box je lékařské vybavení, zelený skladovací prostory, žlutý protipožární vybavení, modrý je box na odpad. Obrázek: ISRO

Kabina pro posádku vychází z léty ověřeného designu. Většina kosmických lodí má nebo měla podobný kuželovitý tvar. Na spodní části je zaoblený ablativní tepelný štít z uhlíkových fenolických destiček a na bocích křemičité dlaždice. Obě části vyzkoušeny už během testů CARE a SRE. V horní části pak aerodynamický kryt, pod kterým se nachází padákový systém a další. Uvnitř se nachází trojce sedadel (velmi podobných těm z ruských lodí Sojuz) pro posádku, ovládací prvky, skladovací prostory a další. Modul je vyroben převážně z hliníku. Sama kabina je rozdělena prostorově na dvě části. V horní se nachází padákový systém, včetně pyrotechniky. Středem této části prochází válec okolo kterého je šest samostatných úseků. Kde najdeme i stabilizační sadu balónů, které se aktivují po přistání modulu na hladinu.

Na vrcholu je úsek zakončen překrytem, který je odstraněn první sadou padáků. (Apex Cover Separation, ACS). Viz předešlá část. Tato část je oddělená přepážkou od druhé obytné sekce. Za dobu existence programu vzniklo několik simulačních a tréninkových kabin. Některé byly vystaveny na exhibicích k propagaci ISRO. A určitě si některé z nich ještě ukážeme. Jak přesně bude vypadat interiér zatím nevíme, ale lze odvodit z různých střípků, které indická agentura postupně poodhaluje. Začněme tedy u dominantního prvku a tím jsou sedačky pro posádku.

Pohled do útrob modelu kabiny, která byla k vidění na ISRO expo v roce 2023. Obrázek. ISRO

Z informací které máme vyplývá, že půjde o velmi podobné, které se používají v kosmických lodích Sojuz. Vyrobeny mají být též v Rusku, stejně jako skafandry. Jejich umístění v interiéru je přibližně ve středu obytného prostoru a budou každému astronautovi vyrobeny na míru. Astronauté budou sedět ve směru letu, hlavou k průlezu a před sebou budou mít snadno dostupné ovládací prvky a dotykové displeje. Samotné sedačky budou umístěné do pohyblivé hliníkové konstrukce, která jednak mění polohu sedadel podle fáze letu a obsahuje tlumící prvky. Stejně, jak jsme u podobných typů kosmických lodí již zvyklí. Sedadla pro nepilotované mise H1 a G1, včetně rámu jsou prý již hotové. Požadavky byly, aby sestava jednoho sedadla nepřesáhla váhu 120 kg a krátkodobě by měla konstrukce vydržet přetížení 40G. Celkový vnitřní prostor kabiny bude 10,7 m³ a z toho obyvatelný 6 m³. Uvnitř bude hned několik klíčových systémů.

Systém regulace teploty a vlhkosti (THCS):  Jeho hlavní funkcí bude regulace teploty a vlhkosti uvnitř 8 m³ prostoru. Teplota se bude pohybovat v rozmezí 23±3°C (nominální) a relativní vlhkost bude asi 30 až 70%. Teplota v kabině musí být za určitých podmínek udržována na 18°C. Na tento systém je tedy navázán i odvod tepla.

Systém řízení tlaku v kabině (CPCS): Je dílčím systémem řízení prostředí a systému podpory života na palubě kosmické lodě Gaganyaan. Hlavní funkcí CPCS je monitorovat a řídit celkový tlak v kabině a parciální tlak O2 v rámci specifikovaných limitů pro objem kabiny 8 m³ a v případě nouze dodávat do skafandru čistý O2. CPCS také poskytuje směs kyslík (O) + dusík (N2) v poměru 30:70 z nádrže pro jednorázové dotlakování kabiny v případě požáru nebo větší dekontaminaci kabiny vedoucí k nouzovému odtlakování.

Primární zásobník O2: 4× nádrž 35 litrů při 21 MPa
Směs O2/N2 pro přetlakování kabiny: 1× nádrž 35 litrů při 21 MPa
Sekundární skladování O2 (nouzové): 2× nádrž 14 litrů při 20 MPa

Diagram toalety představené na výstavě v roce 2023. Popis Karel Zvoník. Obrázek: Richik Mishra

Uvnitř budou též skladovací prostory, kde se bude nacházet například lékárnička, protipožární vybavení, skladovací prostory, místo na odpad a další. Dále v interiéru bude toaleta, která podle všeho nebude připomínat ruský ekvivalent, ale spíše ten americky. Nádrž na moč bude o objemu 10 litrů a nádrž na fekálie o objemu 15 litrů. Podle dostupných informací bude nashromážděný materiál složit k dalšímu výzkumu po návratu na Zem. Statický separátor slouží k odstranění vody. Pachový filtr bude obsahovat aktivní uhlí a měl by eliminovat nežádoucí pachy. Kde konkrétně bude tato poměrně velká toaleta v interiéru bohužel doposud nevíme. Model spolu se schématem byl poprvé k vidění na Human Spaceflight Expo v Bangalore v roce 2022. Mimo základní vybavení bude v kabině také systém na výměnu tepla a systém podpory životy. Stejně jako zařízení pro sběr nebezpečného oxidu uhličitého a cirkulace vzduchu. Všechny zmíněné systémy budou ovšem propojeny s okruhy v servisním modulu.

Další složkou bude jednoduchý ohřívač jídla, který navrhla Defence Food Research Laboratory (DFRL). Na základě tohoto návrhu vyvinula společnost Anantah Technologies se sídlem v Bangalore skutečný ohřívač jídla. Opět je vyroben hlavně z hliníku. Kromě toho byly použity ale i některé další kovy. V tuto chvíli je hotový rám a jeho vnitřní vybavení, včetně elektrických obvodů bude instalováno. V současné době se jeho hmotnost pohybuje kolem 4,3 kg a po dokončení bude hmotnost asi 6 kg. V tomto ohřívači jídla půjde naráz ohřát 5 sáčků jídla. Nejdříve je ovšem třeba ho otestovat. Jak a zda dostatečně ohřívá a bude třeba odladit termodesku. Teprve poté bude připraven pro použití v kosmu.

Rám ohřívače jídla, který navrhla Defence Food Research Laboratory (DFRL).

• Servisní modul (SM)

Pod návratovou kabinou se bude nacházet servisní úsek, který je šestiboký a jde tak o jedinou kosmickou loď, která má tento design. V této časti se nacházejí rozebíratelné solární panely. Jejich počet velikost i tvar se postupem času měnil a v současné době platí dva rozevíratelné solární panely. Důležitou částí je také pohon. Váha modulu bude skoro 3 tuny. Motory využívají kapalné pohonné látky. Modul pro posádku je spojen se servisním modulem a dohromady tvoří sestavu vážící okolo 8,2 t.

Motory servisního modulu. Obrázek: ISRO

Motorů bude mít modul celou řadu. Najdeme na něm celkem 16 navigačních motorů (RCS), které mají vypočítaný výkon 100 newtonů. Jedná se o malé korekční trysky, které budou používat směs oxidů dusíku (MON-3) jako okysličovadlo a monomethylhydrazin jako palivo. Hlavní pohon se pak skládá z 5 motorů o výkonu 440 newtonů. Na stejné palivo. Motory budou mít za úkol, krom stabilizace a orientace v prostoru, kosmickou loď usadit na finální oběžné dráze. ISRO již sestavu těchto motorů úspěšně otestovalo 28. srpna 2021. Model pohonného systému (SDM) hořel 450 s. Ke zkoušce došlo v testovacím komplexu (IPRC) v Mahendragiri, Tamilnádu. Systém splnil cíle testu a naměřené výsledky byly téměř identické s předpovědí. Dále je plánována řada zážehů, které simulují různé podmínky mise i podmínky mimo nominální hodnoty.

ISRO velmi podobné motory používá na čtvrtém stupni svých raket PSLV. Jsou tedy časem prověřené. Přesto jsou testy nezbytností k získání certifikace pro lety s lidmi. Další výraznou složkou servisní sekce bude dvojice solárních panelů. Každý by se měl skládat z pěti dílů, jak je vidět na úvodním obrázku. Podrobnější informace o nich chybí. Nutno také připomenout, že design se několikrát měnil a tak tu byly návrhy také se 4 panely apod. Servisní modul dále obsahuje avioniku a, chladící medium a systémy podpory života. Všechny tyto systémy jsou propojeny s návratovou kabinou, jak bylo už řečeno.

On August 28, 2021, ISRO successfully conducted the first hot test of the System Demonstration Model (SDM) of the Gaganyaan Service Module Propulsion System at the test facility of ISRO Propulsion Complex (IPRC), Mahendragiri, Tamil Nadu. https://t.co/7XstXIkJjB pic.twitter.com/gCZyNGoIoO

— ISRO (@isro) August 28, 2021

V některém z dalších dílů si ukážeme další vybavení kosmické lodě a i nadále budeme mapovat vývoj v programu. Čeká nás například výběr a výcvik astronautů na první misi. Bližší popis nosné rakety a úpravy rampy nebo realizace nových středisek ISRO speciálně vybudovaných jen pro pilotované lety. (Pokračování příště).

EDIT 15. května 13:20:  V článku byla upravena informace o palivu motorů na monomethylhydrazin a oxidy dusíku, na kterou upozornil uživatel Regulus sector. Chybně bylo uvedeno palivo jako okysličovadlo.

Zdroje informací:
https://web.archive.org
https://www.isro.gov.in
https://en.wikipedia.org
https://en.wikipedia.org
https://www.isro.gov.in
https://twitter.com/isro
https://kosmonautix.cz
5%BEen%C3%A9.pdf
https://www.aajtak.in
https://www.isro.gov.in
https://www.indiatoday.in

Zdroje obrázků:
https://upload.wikimedia.org
https://web.archive.org
https://www.unoosa.org
https://kosmonautix.cz/wp-content
https://pbs.twimg.com/media
https://forum.nasaspaceflight.com.jpg
https://forum.nasaspaceflight.com.jpg
https://pbs.twimg.com
https://i.imgur.com
https://images-wixmp-ed
https://defenceforumindia.com
https://preview.redd.it
https://forum.nasa
https://forum.nasa
https://www.isro.gov.in