V minulém díle jsme se začali věnovat programu X-37 a jeho předchůdci X-40. Jedná se o stroj, který je dodnes „živý“. Znamená to vlastně, že prošel kompletním vývojem, a nakonec se dostal do aktivní služby, ve které zůstal do dnešních dní. Dnes už je X-37 pod jiným provozovatelem, konkrétně USAF, což znamená, že mise X-37 nejsou rozhodně veřejné. Naposledy jsme probrali složitý začátek celého programu, vlastně dvou programů, X-40 a X-37, které se postupně protnuly, aby nakonec pokračoval jen jeden z nich. U X-37 byla hlavní myšlenkou podpora vývoje RLV (Reusable Launch Vehicle) prostředků, jako je X-34 a X-33. Sám X-33 byl dokonce využit v úvahách o použití pro vynášení X-40 v rámci dvoustupňové konfigurace. V tomto posledním díle série x-planes se budeme věnovat dalšímu osudu X-37.

X-37 2/2

X-37A během společného letu v podvěsu letounu White Knight společnosti Scaled Composites
Zdroj: designation-systems.net

V roce 2002 USAF neprodloužilo smlouvu s NASA a tím nepokračovalo ve financování vývoje X-37A. Pro NASA to znamenalo problémy, ale USAF to umožnilo financovat vývoj motoru v rámci ARRE (Advanced Reusable Rocket Engine). Jak bylo uvedeno v minulém díle, USAF nebylo spokojeno s postupem NASA, ale svou roli sehrál i nedostatek financí. Finanční situaci USAF nakonec změnil rok 2001, kdy došlo k teroristickým útokům na USA a změna na postu prezidenta. Po těchto událostech získalo letectvo značně zvýšený rozpočet a nadále se zabývalo vývojem technologií použitelných jednou i ve vojenském raketoplánu. NASA se tak rozhodla, v rámci nastalé situace, udělit společnosti Boeing nový kontrakt na dodávku X-37A, a to hned ve dvou kusech. Celý kontrakt měl hodnotu cca 301 milionů dolarů a uskutečnil se v rámci iniciativy SLI (Space Launch Initiative).

Než se budeme věnovat dalšímu osudu X-37, přiblížíme si iniciativu Space Launch Initiative. Jednalo se o společný technologický program NASA a Ministerstva obrany. Tento program je vlastně pokračováním předchozího programu RLV (Reusable Launch Vehicle), který jsme si popisovali v minulých dílech. Ve zkratce, celý program RLV měl vyvinout znovupoužitelné kosmické stroje při využití nových technologií a materiálů za výrazně nižších nákladů na vývoj a následný provoz. Hlavním cílem bylo dostat cenu za vynesenou libru (0,45 kg) na hodnotu 1000 dolarů. Jak nakonec dopadl celý program a stroje vyvinuté v rámci podprogramů, už víme. V USA si nadále uvědomovali, že bude nutné stanovit nové požadavky na plnění potřeb v oblastech hypersonického průzkumu, kosmických technologií a startů. Základem požadavků bylo zvýšení bezpečnosti a spolehlivosti společně se snížením celkových nákladů na provoz. První zakázky byly vypsány v roce 2000. NASA očekávala, že tímto krokem oživí národní schopnosti v oblasti kosmonautiky, startů nových nosných prostředků a průzkumu vesmíru. V roce 2002 se program vyvinul v Orbital Space Plane Program and the Next Generation Launch Technology program, aby následně v roce 2004 přešel v program Constellation. Stalo se tak po katastrofě raketoplánu Columbia.

X-37ATV s pohonnou jednotkou R4-D a přehledným schématem pohonného systému
Zdroj: hitechweb.genezis.eu

V době neprodloužení smlouvy s NASA se už X-37A nacházel ve velmi rozpracované fázi vývoje, kdy na výrobní linku dorazilo kompozitové křídlo a následně bylo spojeno s trupem. Stále se však jednalo o holou konstrukci. Velikým pozitivem bylo, že než došlo k odchodu USAF, podařilo se inženýrům dokončit kompletní aerodynamické testy až do rychlosti M=5. Tím byl aerodynamický tvar konstrukce dokončen. Důvodem objednání dvou kusů X-37 bylo zjištění, že bude nutné provést nové atmosférické lety s demonstrátorem v plné velikosti bez pohonného systému. Především se opět jednalo o ověření navedení k přistávací ploše a následnému autonomnímu přistání. Tento kus byl označen jako ALTV (Approach and Landing Test Vehicle). Druhý kus X-37, nyní označený jako X-37 OV (Orbital Vehicle), byl určen pro orbitální let. Důvodem provedení dalších atmosférických testů se stal i systém CADS (Calculated Air Data System), u kterého bylo třeba ověřit funkčnost, dále pak letovou obálku stroje. Celý demonstrátor byl co do vnitřního vybavení značně zjednodušený. Nebylo nutné, aby byl stroj vybaven termální ochranou či pohonnou jednotkou a ani nebylo nutné mít funkční vrata nákladového prostoru. Jednou ze změn byla montáž záchranného padáku a měřící aparatury. V původním plánu se počítalo s použitím nosného letounu NB-52.

Co se týče verze OV, zde došlo ke změně způsobu vynášení na oběžnou dráhu. Původně se počítalo s využitím nákladového prostoru raketoplánů, ale po přehodnocení bylo rozhodnuto využít konvenčních raket. Hlavním důvodem nepoužití raketoplánů byla především finanční náročnost. V minulém díle jsme se bavili o použití motoru AER2-3, který byl původně používán jako pomocný pohon u letounů NF-104. Jen dodám, že letouny NF-104 byly využívány pro výcvik pilotů létajících X-15 a pro budoucí X-20 Dyna Soar. Jednalo se o letoun vybavený reakčním systémem a zmíněným raketovým motorem AER2-3. Novou pohonnou jednotkou se stal motor Marquardt R4-D s tahem 700 N.  Jako palivo sloužila směs monometylhydrazinu a směsi oxidů dusíku (MMH/MON-3), která sloužila i jako palivo pro OMS systém. Samotný motor R4-D byl použit už například v sondě Cassini, ale jeho původ najdeme v lunárním programu Apollo, kde byl R4-D využit v rámci systému RCS (Reaction control system).

Blok čtyř motorů R4-D v rámci systému RCS instalovaného na servisním modulu lodi Apollo
Zdroj: wikimedia.org

Ačkoliv přinášel nový pohonný systém mnoho výhod, mezi které patřila například dlouhodobá skladovatelnost pohonných látek, měl i negativní dopad na vývoj, přesněji řečeno na časový harmonogram, protože to znamenalo novou konstrukci nádrží pohonných látek s rozvody. Dalším bodem pak byly i finance, protože takováto změna se vždy dotkne i nákladů. Samotný posun znamenal první orbitální let nejdříve v roce 2006. Celý program se však dostával do finančních potíží a vývoj se pomalu a jistě pozastavoval a omezil se jen na určité skupiny technologií. Změnu přinesl rok 2003, kdy NASA oznámila novou iniciativu OSP (Orbital Space Plane), což byl program určený na výzkum a vývoj nových, mnohonásobně použitelných vesmírných lodí. V rámci přežití X-37 OV putoval program pod OSP, který byl mnohem lépe financován. V rámci programu měl pak X-37 OV provádět testování nových technologií pro budoucí loď OSP. Ani v programu OSP se však X-37 neposunul dál. V roce 2004 byla oznámena nová vize americké kosmonautiky, kde se s OSP nepočítalo, navíc se X-37 nehodil NASA do dlouhodobé strategie a se zrušením programu Future X došlo de facto i ke zrušení X-37.

Svůj podíl na zrušení OSP měla svým způsobem i havárie raketoplánu Columbia, kdy po vyšetření celé katastrofy došlo k pozastavení OSP. V celkovém souhrnu se tak celý program setkal s několika důvody svého zrušení najednou. Pro zajímavost uvedu, že ještě v době k fungování OSP, byl X-37 plánován i jako pilotovaný stroj, který by dokázal dopravit k Mezinárodní vesmírné stanici až deset astronautů, tento počet se následně snižoval. Tato iniciativa plynula z kritiky NASA, že nedokáže plně využít možností ISS a celý proces řízení probíhá chaoticky. Samotná katastrofa Columbie měla vliv i na dlouhodobou strategii NASA, kdy pro budoucí kosmické lodě CEV (Crew Exploration Vehicle) bylo opět upřednostněno využití návratových „kapslí“. Na toto rozhodnutí mělo vliv právě zjištění o příčinách katastrofy raketoplánu. X-37 měl tak putovat do „šuplíku“.

Ukázka NASA X-37 ve verzi OSP
Zdroj: hitechweb.genezis.eu

Po ukončení Future X měl následovat konec X-37, ale to se nakonec nestalo. Na obzoru se objevila agentura DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), která převzala X-37 ALTV (Approach and Landing Test Vehicle). Ve skutečnosti v pozadí stálo opět letectvo, které se nepouštělo myšlenky na vlastní miniraketoplán, ale nemohlo v danou chvíli uvolnit finanční prostředky na program dříve než v roce 2006. Do té doby však bylo potřeba udržet projekt při životě. DARPA se tak ujala této role a pokračovala v dokončení atmosférického demonstrátoru, přičemž NASA dál pokračovala ve vývoji některých technologií, které se uplatnily v X-37, i když už X-37 agentuře nepatřil. Převodem pod DARPA se tak X-37 dostal do sféry utajovaných projektů.

Samotný X-37 ALTV byl v té době prakticky před dokončením a zbývalo provést letové testy. Původně měl být stroj vynesen legendárním nosným letounem NB-52 „Ball Eight“, ale NASA se v té době rozhodla tento letoun vyřadit ze služby. Letoun v době svého vyřazení, v roce 2004, sloužil úctyhodných padesát let a sluší se připomenout, že veliká část tohoto seriálu byla spojena i s tímto letounem. NASA měla v plánu si zapůjčit od letectva nový typ B-52H, ale i tak vznikala jistá mezera pro provoz X-37ALTV. Řešením pro letové testy se stalo využití speciálního letounu společnosti Scaled Composites, White Knight. Dalším důvodem pro použití letounu od Scaled Composites byla i cena, kdy letoun už předtím sloužil jako nosný a nebylo nutné provádět mnoho velkých úprav. První společný let se tak uskutečnil 21. června 2005. Společný upoutaný let sloužil, jako vždy, k ověření aerodynamiky během společného letu. První ostrý samostatný let uskutečnil X-37 dne 7. dubna 2006 z Mohavské pouště. Během tohoto letu nebyl ještě systém CADS aktivní v plném režimu, ale pouze v režimu pro sběr dat. X-37 přistál na dráze 22 Edwardsovy letecké základny, ale přistání se neobešlo bez problémů. Během dosednutí došlo k selhání elektromechanických brzd a stroj tak přejel dráhu a skočil za jejím prahem. Kvůli této nehodě došlo k poškození přední podvozkové nohy. Stroj tak putoval do Plant 42 v Palmdale na nezbytnou opravu. V Palmdale byly nakonec uskutečněny zbývající letové testy. Celkově vykonal X-37 osm upoutaných letů a tři samostatné lety, přičemž od druhého letu začal být aktivní i systém CADS, který byl plánován pro orbitální verzi, tedy bez pitot-statické trubice, kterou je možné vidět u demonstrátoru. Těmito lety tak došlo k ověření funkce všech systémů řídicích stroj a získaná aerodynamická data pomohla provést ověření simulací.

„Zářezy“ symbolizující lety provedené s využitím letounu White Knight
Zdroj: flying-tigers.co.uk

Za svoji historii zažil X-37 mnoho změn a jednou, jak se říká, utekl i „hrobníkovi z lopaty“. Dne 17. listopadu 2006 pak přichází další změna. USAF ve svém prohlášení oznamuje, že přebírá program X-37 od agentury DARPA. Jak bylo zmíněno, DARPA byla vlastně taková zastávka na cestě k letectvu, které čekalo na finanční prostředky, které by uvolnilo právě na X-37. V prohlášení se však uvádělo, že letectvo plánuje vyvinout svou orbitální verzi X-37 OTV (Orbital Test Vehicle). Letectvo plánovalo použít již skoro dokončený X-37 OV, který pak pouze upravilo pro své vlastní potřeby. Celý projekt spadal pod vedení Air Force Rapid Capabilities Office, které nadále spolupracovalo s NASA a AFRL (Air Force Research Laboratory). Nový stroj, označený jako X-37B se tak stal jakýmsi mezičlánkem mezi civilní verzí OV a vojenskou verzí X-40B, plánovanou ještě v době vzniku programu X-40. Tento exemplář se nakonec nestal jediným a v roce 2010 byla zahájena výroba druhého kusu OTV-2.

Nyní se budeme věnovat popisu celého stroje X-37B OTV. Jedná se o opakovaně použitelný autonomní kosmoplán. Start probíhá na konvenčních raketách pod aerodynamickým krytem, i když v prvotních úvahách se uvažovalo o startu bez aerodynamického krytu, ale kvůli obavám o aerodynamické vlastnosti takové konfigurace a možné poškození během startu, byla myšlenka opuštěna. Pohonný systém byl složen z jednoho kusu motoru Marquardt R4-D, místo původních dvou kusů. První kus OTV-1 byl vlastně původní kus X-37 ALTV, který mohl nést užitečné zatížení o hmotnosti cca 230 kg, i když letectvo požadovalo původně cca 545 kg. To už se ale nedalo změnit, a tak zůstal na prvním OTV pouze jeden motor. Díky tomuto lze pak OTV-1 poznat díky tomu, že motor je mimo podélnou osu. Navíc jeden motor dostačoval na provádění možných manévrů v rámci limitů stroje. Podmínkou pro X-37B bylo, jak již bylo vzpomenuto, minimální délka setrvání na oběžné dráze 270 dní, kterou dnes překonává několikanásobně. Celý stroj pak nesl dostatek pohonných hmot pro provádění korekcí dráhy i na návrat zpět do atmosféry. Po úspěšném de-orbitačním zážehu a vstupu do atmosféry je stroj řízen prostřednictvím OMS, po průletu výškovou hranicí cca 27,5 km a rychlostí M=2,5, pak přebírají funkci řízení aerodynamické plochy. Samotná sestupová dráha X-37B má podobný profil jako u raketoplánů. V zadní části, přesněji na horní a dolní části trupu, pak můžeme najít aerodynamickou brzdu. Ve střední části trupu pak najdeme nákladový prostor, který je kryt dvoukřídlými vraty. Samotná tepelná ochrana je pak tvořena dlaždicemi, podobně jako u raketoplánů, ale s využitím nejnovějších poznatků a technologií.

Zobrazení hypersonického stroje HTV-2
Zdroj: darpa.mil

První orbitální start měl proběhnout už v roce 2008, ale vlivem zaplněného harmonogramu nosné rakety Atlas V došlo k odkladu na rok 2009 a následně pak na rok 2010. Druhý odklad byl opět způsoben upřednostněním jiného nákladu. V konečném důsledku to mělo i pozitivní dopad, protože se podařilo dokončit i druhý exemplář stroje a vznikla tím tak záloha pro první stroj. První start se tak uskutečnil 22. dubna 2010. Ve stejnou dobu se k nebi vydal i hypersonický kluzák HTV-2 (Hypersonic Technology Vehicle) na vrcholu rakety Minotaur IV, startující ze základny Vandenberg v Kalifornii. Samotný stroj HTV-2, z dílny Lockheed Martin, byl výsledkem projektu Falcon patřící pod DARPA. Jednalo se především o testovací zařízení, které testovalo technologie vedoucí ke schopnosti dosáhnout jakéhokoliv cíle na světě do jedné hodiny, právě pomocí hypersonické „bomby“. V krátkosti uvedu, že X-37B měl vlastně odlákat pozornost od tohoto startu, a proto stejné datum startu.

První let OTV-1 proběhl na výbornou a nic tak nebránilo dalšímu letu, tentokrát s druhým X-37. První kus X-37B se tak ze svého prvního letu vrátil po celých 244 dnech, tedy 3. prosince 2011. Přistání proběhlo na Vandenbergově letecké základně v Kalifornii. Během samotného dosednutí na dráhu došlo k prasknutí jedné z pneumatik, ale řídicí systém si s tímto problémem poradil bravurně a stroj se dokonce nedostal ani mimo své vlastní stranové limity. Druhý exemplář odstartoval dne 5. března 2011. První let tak úspěšně otestoval všechny klíčové technologie, jako například naváděcí a řídicí systém, systém tepelné ochrany atd. Stroje X-37 létají typicky na nízkou oběžnou dráhu s výškou od 285 do 450 km a sklonem od 38° do 43,5°. Oba stroje do této doby vykonaly celkem šest dlouhodobých letů a sedmý právě probíhá. V průběhu let bylo na vynesení X-37B využito více typů nosných raket. První používaná raketa byla Atlas V (501), která vykonala celkem pět letů. Další rakety, které pak vynášely X-37B, byly Falcon 9 a následně Falcon Heavy společnosti SpaceX. Stroje prochází po celou dobu jistými úpravami, z nichž lze zmínit například přidání servisního modulu v zadní části stroje.

Zobrazení X-37B s připojeným servisním modulem v zadní části
Zdroj: newspaceeconomy.ca

Po úspěšném letu OTV-1 a následném letu OTV-2 začala společnost Boeing uvažovat i o civilní verzi stroje. Svou představu zveřejnila v roce 2011. Nový stroj mohl nahradit raketoplány, které měly být již brzy vyřazeny ze služby. Počítalo se s možností použití stroje k dopravě výsledků citlivých experimentů z ISS zpět na Zemi. Spojení s ISS by probíhalo stejný způsobem, jako probíhá například u lodí Cygnus, tedy robotickým ramenem. Další verzí, která byla ve hře, byla i X-37C, což naznačuje verzi pro posádku. Tato verze pak měla být o mnoho větší než původní X-37B, a to až o 165 %. V nákladovém prostoru se měl nacházet přetlakový modul s průlezem, který mohl být demontovatelný. Další možností pak bylo čisté vynášení nákladů, kde se uvažovalo o možnosti vynesení jednoho kusu LRU (Line Replaceable Unit) k ISS. U verze s posádkou pak existovaly dvě možné varianty. První byla se zadním umístěním APAS (Androgynous Peripheral Attach System) nebo s umístěním ve střední části. Celkový počet posádky měl být šest astronautů s možností umístění i jednoho zraněného člena posádky v nosítkách. X-37 byl uvažován pro tuto variantu i pro svou jemnou sestupovou dráhu, kdy přetížení dosahovalo 1,5G.

Rozbor jednotlivých misí zde záměrně vynechám, ale dovolím si přiložit odkaz na vlákno pana Michala Václavíka z České kosmické kanceláře, který na síti X (Twitter) popsal velmi obsáhle, jaké jsou možné mise X-37B a co je naopak nepravděpodobné.

Ukázka uvažovaných evolucí X-37
Zdroj: X-37B Orbital Test Vehicle and Derivatives

Animace připravovaného stroje Dream Chaser
Zdroj: spacenews.com

Dnešním dílem o X-37B zároveň zakončujeme sérii X-Planes/Dělníci kosmonautiky. V průběhu 33 týdnů jsme se pokusili projít nejvýznamnější projekty americké historie. Začínali jsme ve vzrušující době padesátých let a postupně jsme se prokousali přes ty nejzajímavější stroje, které měly vliv na vývoj amerického raketoplánu, ale také na další technologie, které přišly až o pár desetiletí později. Poznali jsme několik významných vědců, inženýrů a pilotů a sdíleli i některé humorné situace z jejich životů, i ty méně veselé. Především doba šedesátých let byla zajímavá hlavně z hlediska malé byrokracie ve vývojových procesech a občasných „kliček“ ze strany inženýrů a vedoucích pracovníků, vždy však v zájmu prosazovaného projektu, kterému věřili. Poznali jsme dobu devadesátých let, kdy došlo ke snaze vyvinout nové technologie a posunout celý obor dál, především ke znovupoužitelnosti s nízkou cenou provozu. I přes všechny snahy nakonec většina programů let devadesátých skončila v propadlišti dějin. Jak jsme mohli vidět, heslo „rychle, lépe, levněji“ se nepodařilo naplnit a všechny činnosti se nesly v jakémsi duchu „chaotičnosti“. Sérii jsme tak zakončili aktuálním X-Planem, který stále slouží a startuje za hranice naší atmosféry. Seriál vznikl, aby ukázal širší veřejnosti, že za úžasnými vesmírnými stroji stojí malé stroje, které patří na pomezí mezi kosmonautiku a letectví a díky jejichž provozu byla získána neocenitelná data a především zkušenosti. V následujících měsících se můžeme rozhodně těšit na první let nového vztlakového stroje Dream Chaser, po mnoha letech další vztlakové těleso, které se vydá za hranice naší atmosféry. Po celou dobu tohoto závěrečného shrnutí zmiňuji slovo „série“, je to záměrné, protože se dá říct, že vlastně končí první série, na kterou v budoucnu navážou další, jelikož USA nebyla jedinou zemí, která používala letouny X pro vývoj sloužící kosmonautice. Závěrem už jen dodám a prozradím směrování další série.

„Поехали!“

Propagační leták z roku 1958 ze Sovětského svazu
Zdroj: illustratedpast.com

Zdroje informací:
SPACE MANEUVER VEHICLE ORBITAL MISSION, PLANNER: DEVELOPMENT OF APPLICATION AND, ANALYSIS OF ON-DEMAND MANEUVERING ABILITY
X-37B Orbital Test Vehicle and Derivatives, Autor Arthur C. Grantz, Rok vydání 2011
hitechweb.genezis.eu/
hitechweb.genezis.eu/
engineering.purdue.edu/
popularmechanics.com/
globalsecurity.org/
engineering.purdue.edu/
space.com/
nationalinterest.org/
slideserve.com/
spacedaily.com/
en.wikipedia.org/
en.wikipedia.org/
defensescoop.com/
en.wikipedia.org/

Zdroje obrázků:
X-37B Orbital Test Vehicle and Derivatives, strana 12
X-37B Orbital Test Vehicle and Derivatives, strana 13
cs.wikipedia.org/
designation-systems.net/
hitechweb.genezis.eu/
hitechweb.genezis.eu/
hitechweb.genezis.eu/
upload.wikimedia.org/
flying-tigers.co.uk/
illustratedpast.com/
.bp.blogspot.com/
darpa.mil/
spacenews.com/