V minulém díle jsme zakončili povídání o vztlakovém stroji HL-10 z dílny střediska NASA v Langley. Tím jsme vlastně ukončili i „zlatou éru“ vztlakových těles, která se pravděpodobně již nikdy, v takové míře, neuskuteční. Samotný vývoj vztlakových těles a nasbírané poznatky byly použity při vzniku raketoplánu, i když podle mnohých bylo možné dovést vývoj mnohem dál než jen k raketoplánu. Nyní se přesuneme k jednotlivým strojům, které vznikaly spíše jako možná alternativa k vesmírnému provozu či jako záchranná možnost pro vesmírné stanice. Asi nikoho nepřekvapí, že tito následníci vychází z původní zlaté éry této kategorie. Je to nakonec i logické, protože celý program výzkumu byl velmi podrobný a zahrnoval celý profil letu i podrobné zkoumání aerodynamiky těchto specifických strojů.

HL-20 „Kosmické taxi“

Obrázek zobrazující systém PLS s HL-20
Zdroj: The HL-20 as The Personel Launch System

Éra vztlakových těles byla po ukončení provozu HL-10 ukončena jako celek. Hlavní síly se nyní upřely směrem k vyvíjenému raketoplánu a využití zbylých sestav rakety Saturn V. NASA využila část Saturnu pro svou vesmírnou stanici Skylab obsluhovanou loděmi Apollo. Dalším nástupcem po Skylabu se měla stát modulární stanice Freedom, kterou by obsluhoval raketoplán. Prezident Ronald Reagan oznámil program stanice v roce 1988. V plánech provozu stanice se ale nepočítalo pouze s využitím raketoplánu, který by plnil funkci hlavního dopravního prostředku. Dalším bodem plánování byla i přítomnost zálohy raketoplánu pro nouzové opuštění stanice či dopravu zásob, jinak označovaném jako CERV (Crew Emergency Return Vehicle). Výsledkem studií se stalo vztlakové těleso označené jako HL-20 či Horizontal Landing s pořadovým číslem návrhu 20. Pozorný čtenář si jistě všimne, že se jedná o označení používané výzkumným střediskem NASA v Langley.

Předtím než se pustíme do popisu vztlakového tělesa HL-20 a jeho historie, budeme se chvíli věnovat PLS tedy Personnel Launch System. Tento koncept předcházel vzniku HL-20 a vznikal v rámci zvyšujícího se zájmu o rutinní přístup do vesmíru v polovině 80. let. Základem takového prostředku je rozvoj myšlenky z dob HL-10, kdy by se upravený stroj usadil na vrchol rakety Saturn 1B, který by stroj vynesl na orbitu. Upravený systém nyní počítal s použitím rakety Titan IIIC nebo Titan IV. Základem celé této myšlenky bylo především rychlé a levné použití dopravního prostředku k vesmírné stanici. Důvodem bylo i uvědomění, že raketoplány se nikdy nepřiblíží k avizované dostupnosti a příznivé cenně provozu. Dalším z důvodů byla omezená možnost setrvání raketoplánu na oběžné dráze Země, což při dlouhodobých misích znamenalo i logistické problémy. Při startech raketoplánů navíc docházelo i k častým odkladům startů z různých důvodů. Další událost, která navíc více upozornila na potřebu náhradního dopravního prostředku pro vesmírnou stanici byla katastrofa raketoplánu Challenger v roce 1986.

Samotný koncept původně vychází z úvah o HL-10, jako o kosmickém stroji pro který byly plánovány i demonstrační mise. Tyto plány však zůstaly jen ve vyslovených myšlenkách mezi Dalem Reedem a Wernherem von Braunem. Základní požadavek na nový stroj byl dolet okolo 1800 km s hypersonickým poměrem vztlak/odpor 1,4. Studií se zabývalo středisko v Langley, které muselo provést rozsáhlé zkoušky v aerodynamickém tunelu pro nový tvar stroje, který měl podle plánů poskytnout prostor až pro deset členů posádky. Navíc, už se nejednalo jen o stroj, který poletí maximálně přes dvě rychlostní oblasti. Lze namítnou, že USAF provádělo další zkoušky s návratovými vztlakovými tělesy, jako jsou ASSET či PRIME, které prošly celým rychlostním rozsahem. Druhou stránkou věci, ale byla právě možnost nést vícečlennou posádku, což mělo zásadní vliv na tvar a uspořádaní stroje. V předchozích dílech jsme se mohli přesvědčit, že aerodynamika vztlakových těles je velmi náročná a citlivá záležitost. Výsledné letové vlastnosti se velmi přibližovaly svému předchůdci HL-10. Výsledek podrobné práce byl poté vložen do letových simulátorů, ve kterých se postupně střídali piloti, kteří létali vztlakové stroje HL-10 a M2-F3 společně s astronauty, kteří zase měli za sebou let s raketoplánem.

Znázornění evoluce HL-20
Zdroj: secretprojects.co.uk

Nyní se na chvilku zastavíme v roce 1982, který ovlivnil právě vývoj HL-20. USA nebyl samozřejmě jediný stát, který se zabýval myšlenkou vztlakových těles použitelných pro lety do vesmíru. Samotná myšlenka je navíc velmi stará. Další zemí byl „nečekaně“ Sovětský svaz, který v osmdesátých letech prováděl letové testy svého stroje BOR-4. Dne 3. června 1982 hlídkoval v Indickém oceánu letoun P-3 Orion australského letectva, který zachytil sovětskou loď vytahující z moře „nějaké“ těleso. Letoun tedy provedl průzkum a fotografování sovětské lodě i vytahovaného stroje. Ukázalo se, že se jedná o BOR-4 (беспилотный орбитальный ракетоплан/ bezpilotní orbitální raketoplán). Fotografie poskytnuté australským letectvem středisku v Langley byly dostatečné pro vytvoření modelu a následné analýze toho, co Sověti vytvořili. Následná měření ukázala, že stroj má dobré aerodynamické vlastnosti v celém rozsahu rychlostí, dolet 2 040 km a výjimečně příznivý tepelný profil za podmínek maximálního zahřívání při vstupu do atmosféry. Středisko se dále snažilo vylepšit aerodynamiku stroje v oblastech transsonických a podzvukových rychlostech. Pro lepší porozumění celé problematiky byli k tomuto projektu povolání i inženýři, kteří se podíleli už na vztlakových tělesech v šedesátých letech. Všechny tyto výsledky a zjištění měly samozřejmě i vliv na koncept HL-20.

Fotografie zobrazující dobrovolníky střediska v Langley během zkoušek s maketou HL-20
Zdroj: web.archive.org

V říjnu roku 1989 obdržela společnost Rockwell International smlouvu od střediska v Langley na provedení výzkumné studie zaměřené na návrh stroje a provoz systému PLS, dle podkladů ze střediska. Samotná studie ukázala, že konstrukční a technologický návrh umožní snížení nákladů na vývoj nového kosmického dopravního systému. Pokud bude přehodnocen i přístup k provozu takového systému, lze dosáhnout dalších významných úspor, dle studie. Přehodnocení přístupu vlastně znamenalo přechod z výzkumného a vývojového stroje na plně operační provoz v podobném duchu, jako je letecký. Po ukončení komplexních studií bylo přistoupeno ke stavbě maket, které měly pomoci ověřit fyzické možnosti takového stroje. Možnost postavit takovou maketu dostali studenti z fakulty North Carolina State University a North Carolina A & T University. Základem bylo ověření ergonomie vnitřní části stroje, tzn. uspořádání sedadel posádky, celková obyvatelnost, možnosti vstupu a výstupu ze stroje následované základním uspořádáním pilotního prostoru. Na testech se podílel i hlavní technolog NASA Bobby Braun.

Další sérii testů pak provedli dobrovolníci ze střediska v Langley, kteří oblékli nepřetlakové obleky a provedli několik testů s přístupem do stroje, jak v horizontální, tak i vertikální poloze. Zjištěné poznatky prokázaly dostatečný vnitřní objem pro umístění deseti členné posádky i její snadný přístup do stroje v takovém počtu. Pro část studie byly použity i částečně přetlakové obleky zapůjčené z Johnson Space Center v Houstonu. Účastníci zaznamenali menší prostor pro hlavu a omezený pohyb u objemnějších a těžších obleků.

Série snímků makety HL-20. Na snímcích je vidět i plánovaný průlez v zadní části pod středovým stabilizátorem.
Zdroj: secretprojects.co.uk

Uvažovaný systém měl být adaptabilní na více různých nosičů. Samotná velikost stroje byla mnohonásobně menší než u provozovaného raketoplánu. Ve skutečnosti bylo možné HL-20, se sklopenými stabilizátory, umístit i do nákladového prostoru orbiteru. Na rozdíl od raketoplánu nebylo v plánu použít hydraulického systému pro ovládání řízení. Místo toho byl systém nahrazen elektrickou verzí. Další změna je pohonný systém, který nebylo možné použít vzhledem k prostoru a velikosti stroje. Místo toho byl využit menší systém OMS (Orbital Maneuvering System). Tak jako raketoplánu, měl i HL-20 použít jako tepelnou ochranu systém tepelných dlaždic, který by byl jednoduší na po letovou inspekci a údržbu. Samotné zjednodušení celého procesu dovolovala už sama velikost stroje. Z aerodynamického pohledu se pak jednalo o klasické uspořádání řídících ploch, které známe z dob vztlakových strojů, konkrétně HL-10. Celý systém je znázorněn na přiloženém obrázku.

Základní mise HL-20 předpokládala dopravení astronautů ke stanici Freedom, kde by došlo k výměně posádek a návratu zpět na Zemi s klasickým přistáním, jako u raketoplánu. Základní posádka pro stanici byla tvořena osmi astronauty a další dva měli na starost obsluhu a řízení HL-20. Další variantou byla možnost využití stroje jako záchranného člunu, k samostatným misím spojených s důležitým vědeckým úkolem nebo provádění servisních prací na družicích. S účelem mise by se pak měnilo i základní uspořádání vnitřní části.

HL-20 v základním zobrazení
Zdroj: Launch Pad Abort of the HL-20 Lifting Body

Celý projekt byl původně plánován jako CERV prostředek pro plánovanou stanici Freedom. Samotný vývoj stanice Freedom nebyl nikdy realizován, i přes jeho veřejné vyhlášení. Po škrtech v rozpočtu se nakonec celý projekt vyvinul do podoby Mezinárodní vesmírné stanice. Právě mezinárodní spolupráce znamenala i konec pro HL-20, protože jako hlavní CERV prostředek se stala ruská kosmická loď Sojuz. Návrh HL-20 tak zůstal v podobě vývojových studií a makety. Vždy je velmi složité psát o projektech, které nakonec nedošly k praktickému použití, protože všechny dostupné informace se stále opakují. Vyjímkou není ani HL-20. Program HL-20 byl tedy ukončen, zájem totiž nepřišel ani ze strany USAF, které se značně odklonilo od NASA po katastrofě Challengeru. Dalším problémem v plánech, byla raketa Titan IV, která byla plně pod USAF. Navíc nebyla certifikována pro pilotované lety. To by v případě uzavření smlouvy s USAF, pokud by byl vůbec zájem, znamenalo provést certifikaci nosiče pro pilotované lety. Budoucnost ukázala, že bude jednoduší si pronajmout palubní místa v ruském Sojuzu. Ve spojitosti se Sojuzem došlo ještě k jednomu pokusu o vývoj původního systému HL-20, který byl označen jako HL-42. Číselné označení 42 vychází z faktu, že nový stroj byl o 42% větší než původní HL-20. Měl tak překonat kapacitu ruských lodí, ale opět nedošlo k dalšímu rozvoji, protože rozvoj ISS umožnil parkování dvou Sojuzů najednou.

Ukázka návratového manévru HL-20
Zdroj: secretprojects.co.uk

I když nebyl nikdy HL-20 realizován do letuschopného stavu, jeho odkaz žije dál. Mnozí již jistě tuší, že se jedná o dnes velmi sledovaný stroj z dílny Sierra Nevada Space, která navázala na odkaz HL-20 a vyvinula nový vztlakový stroj s názvem Dream Chaser. Podle zástupců společnosti byl projekt HL-20 jedním z nejvíce testovaných konceptů. I samotný objem nasbíraných dat z vývoje byl výborným základem pro další vývoj.

„HL-20 měl nejlepší kombinaci: silnou historii, hodně provedených testů. Také lidé, kteří na tom pracovali, jsou stále naživu a někteří i stále pracují, takže jsme měli šanci získat tyto poznatky“

Takto shrnul své pocity s přístupem k HL-20 zástupce společnosti Sierra Nevada Space. V příštím roce se tak díky této společnosti dočkáme startu dalšího vztlakového tělesa, které má budoucí potenciál pro pilotované mise, po velmi dlouhé době.

Umělecké znázornění HL-20 na vrcholu uvažované rakety NSL
Zdroj: media.gettyimages.com

Zdroje informací:
http://www.astronautix.com/h/hl-20.html
https://en.wikipedia.org/wiki/HL-20_Personnel_Launch_System
http://www.astronautix.com/b/bor-4.html
The HL-20 as The Personel Launch System, Autor Sherilee F. Beam
Wingless Flight, The Lifting Body Story, Autor R. Dale Reed, Rok vydání 1997
Launch Pad Abort of the HL-20 Lifting Body, Autoři E. Bruce Jackson a Robert A. Rivers, Rok vydání 1994
The HL-20 as The Personel Launch System,Autoři Howard W. Stone a William M. Pilland, Rok vydání 1991

Zdroje obrázků:
falsesteps.files.
secretprojects.co.uk/
web.archive.org/web/
secretprojects.co.uk/
secretprojects.co.uk/
media.gettyimages.com
The HL-20 as The Personel Launch System, strana 67
Launch Pad Abort of the HL-20 Lifting Body, strana 1346