Mezinárodní kosmická stanice ISS se právem řadí mezi nejvýznamnější kosmonautické projekty všech dob. Největší stavba, kterou lidstvo dokázalo vybudovat mimo zemský povrch přiměla státy ze všech koutů světa táhnout za jeden provaz. Vědecké a technologické pokroky dosažené na její palubě bude lidstvo využívat ještě dlouho. Jenže nic netrvá věčně a jednou přijde den, kdy tento symbol mezinárodní spolupráce z oběžné dráhy zmizí. Na téma zániku Mezinárodní kosmické stanice přednášel koncem listopadu 2024 Michal Václavík z České kosmické kanceláře na Hvězdárně ve Valašském Meziříčí v rámci tradičního semináře Kosmonautika a raketová technika. Jelikož přednáška celou problematiku velmi dobře shrnula, oslovil jsem Michala s žádostí o rozhovor na toto téma. V tomto článku na Vás čeká výsledek.

Začněme nejprve otázkou, kterou můžeme vidět na mnoha místech internetu – proč musíme zničit ISS? Nešlo by ji třeba posunout na vyšší dráhu, nebo nabídnout soukromým firmám?
Hned na úvod bude určitě dobré zmínit, že ISS zničit nemusíme. Neexistuje tu nějaká mezinárodní a všespásná legislativa, která by to nařizovala. Ale je třeba také hned dodat, že kosmické agentury spojené s výstavbou a provozem ISS se po mnoha analýzách shodly na tom, že jde vlastně o jediné, minimálně pro ně, akceptovatelné řešení. V posledních letech se také mnoho z nich zavázalo k zamezování cíleného vzniku kosmické tříště. A i ono „zničení“ může mít teoreticky mnoho podob, z nichž některé nejsou pro kosmonautiku na nízké oběžné dráze vůbec přívětivé. K tomu se ale snad v našem rozhovoru také dostaneme. V tomto úvodu by také bylo na místě zmínit, jaké jsou současně platné závazky kosmických agentur. Agentury provozující západní segment (NASA, ESA, JAXA, CSA) počítají s provozem Mezinárodní kosmické stanice do konce roku 2030. Roskosmos, odpovědný za ruský segment ISS, prozatím počítá s ukončením podpory v roce 2028. Oficiální ruská politika je v tomto minimálně navenek velmi striktní a již vyhlíží zahájení stavby nové, čistě ruské, kosmické stanice na polární dráze okolo Země. V kuloárních diskuzích se však ukazuje, že přece jenom i na ruské straně je zájem o udržení přítomnosti na ISS. Zda jde o plány realistické je však mimo tento rozhovor.

Zvýšení oběžné dráhy ISS se zdá jako rozumný krok. Při současných parametrech oběžné dráhy a bez jakéhokoli zásahu by Mezinárodní kosmická stanice vstoupila do atmosféry Země v průběhu nanejvýš dvou let. Výrazným zvýšením oběžné dráhy (o stovky kilometrů) stanice zůstane na oběžné dráze déle, nebude třeba se intenzivně starat o úpravu oběžné dráhy jako doposud a až prostě nebude k užitku, tak ji opustíme. Nápad je to krásný, a hlavně na první pohled jednoduchý. Ale reálný svět mu klade do cesty mnoho překážek, z nichž ty významné bych si dovolil na dalších řádcích alespoň stručně rozebrat.

Tou největší překážkou je rozdíl mezi současnou a zvažovanou cílovou vyšší oběžnou dráhou ISS okolo Země. V době rozhovoru byla výška perigea oběžné dráhy stanice 410 km a apogea 419 km. V různých analýzách se počítalo až s násobným zvýšením oběžné dráhy někam do oblasti od 650 do 1 000 km. Na oběžné dráze by tak ISS mohla zůstat 100 až více než 5 000 let bez nutnosti aktivního zvyšování oběžné dráhy. Pro zajímavost, nejstarším lidmi vytvořeným objektem na oběžné dráze je družice Vanguard 1, která okolo Země krouží přes 66 let. Zpět ale k ISS a zvýšení její oběžné dráhy. Pro nižší variantu s výškou 650 km by bylo potřeba impulsu o velikosti 130 m/s, pro 1 000 km pak dokonce 320 m/s. Potřebné množství pohonných látek pro tyto manévry by bylo od 20 do 50 tun. Pro srovnání, hmotnost ISS se pohybuje okolo 450 tun a například nákladní kosmické lodě dopraví pro pohonný systém stanice při každém startu maximálně vysoké stovky kilogramů pohonných látek. To, co jsem nyní stručně popsal, je jenom špička ledovce. Mimo vysokou energetickou náročnost by zvýšení oběžné dráhy Mezinárodní kosmické stanice výrazně zvýšilo riziko srážky ISS s úlomky kosmické tříště. I když je stanice velmi dobře chráněná a její kritické systémy ještě lépe, tak nejde o ochranu absolutní. Nejvíce odolná místa limitně odolají (teoreticky) zásahu objektu o velikosti 10 cm. Platné modely předpokládají, že ke kritické srážce vedoucí ke ztrátě ovladatelnosti ISS na současné oběžné dráze dojde jednou za 50 let. Statistika sice nuda je, ale má pro nás cenné údaje. V nejméně vhodné výšce okolo 800 km klesne tato doba na pouhé 3 roky a 11 měsíců. To je neakceptovatelné a už vůbec ne v případě, kdy by na palubě stanice měla být stále posádka. Zde si dovolím ještě další odbočku. Kosmická stanice, pravda v postupně se rozšiřující konfiguraci, je na oběžné dráze od konce roku 1998. Tedy 26 let.

Se srážkou Mezinárodní kosmické stanice s kusem kosmické tříště souvisí i další riziko. Taková srážka může vést k vytvoření nebo sama o sobě vytvoří ohromné množství úlomků s životností až ve stovkách let s ohledem na aktuální výšku oběžné dráhy, kde ke strážce dojde. Bavíme se navíc o oběžné dráze (s výškou, nikoli sklonem) velmi intenzivně využívanou civilními i vojenskými družicemi pro pozorování Země. Bez těchto služeb si dnes již v podstatě neumíme představit fungování naší společnosti, i když si to mnohdy ani neuvědomujeme. A není nutné, aby se ISS s něčím srazila. Vzhledem ke složitosti její konstrukce a postupnému stárnutí může dojít v horizontu desítek let k samovolnému rozpadu. Výsledek bude ve svém důsledku stejný a stejně nemilý.

Pokud bychom se rozhodli akceptovat nebo ignorovat výše uvedené a nechtěli vynaložit tolik pohonných látek pro zvýšení oběžné dráhy Mezinárodní kosmické stanice, tak máme jinou možnost. Využít iontové motory. Byla vypracována drobná studie počítající s motory plánovanými i pro modul PPE pro stanici Gateway. Došlo by k úspoře pohonných, resp. v tomto případě pracovních, látek o třetinu. Na druhou stranu by si tato varianta vyžádala dopravu a komplikovanou instalaci těchto motorů a nových nádrží na ISS. Zvyšování oběžné dráhy ISS by bylo také velmi pomalé a na dlouhou dobu by tak stanice prolétala oblastmi s vyšší hustotou nabitých částic. To by nebylo nijak příjemné pro posádku ani pro systémy stanice, které na takovou dávku ionizujícího záření nejsou stavěné.

Druhá v otázce zmíněná možnost se týkala nabídnutí provozu stanice ISS soukromému subjektu. Zde v první řadě narážíme na to, že Mezinárodní kosmická stanice je opravdu mezinárodní. Není majetkem jedné kosmické agentury, resp. státu. Před několika lety se NASA pokoušela „udat“ svůj podíl na ISS, ale žádná z komerčních firem o to neprojevila zájem. Aby také ano. Přímé a nepřímé náklady spojené s užíváním ISS jsou ohromné a na straně NASA dosahují několika miliard USD ročně. Za této situace nebyl žádný komerční business model životaschopný. Vzpomeňme i na stanici Mir a neúspěšné snahy společnosti MirCorp. Tedy ani tato cesta k možná spásnému prodloužení života Mezinárodní kosmické stanice nefunguje.

Existují tedy nějaké jiné možnosti, jak kupříkladu zachránit alespoň část ISS?

Jak již bylo naznačeno, partneři programu Mezinárodní kosmické stanice se velmi intenzivně věnovali různým scénářům, co s ní na konci životnosti (u)dělat. Mnoho variant se točilo okolo rozebrání stanice na oběžné dráze a využití některých komponent pro jiné stanice či snesení některých částí zpět na Zemi a jejich vystavení v muzeu. NASA tuto otázku neponechala náhodě a oslovila desítky významných technických muzeí v USA. Žádné [sic!] neprojevilo zájem o modul z ISS. Ale pokud by to bylo možné, tak by uvítaly menší artefakty spojené s běžným životem na stanici a vědeckým výzkumem. Navíc ono samo rozebrání ISS by nebyl snadný úkol. Připomeňme si zde, že k dosažení současné podoby ISS bylo potřeba uskutečnit desítky kosmických letů, více než 150 výstupů do volného kosmického prostoru a celé to zabralo 13 let. Dá se očekávat, že rozebrání by nebylo o mnoho jednodušší, navíc některé mechanické spoje se nepohnuly v drsných kosmických podmínkách dvě dekády. Že by se opět bezpečně uvedly do provozu je tak diskutabilní a vyžádalo by si například dodatečné inspekční výstupy do volného kosmického prostoru. A každému musí být jasné, že nedokonalé odpojení by vedlo k ohrožení nejenom vnitřku stanice, ale i konstrukcí mimo ni. A to za přítomnosti posádky na palubě. Za současné situace a se znalostmi, které máme, je toto rizikové dalece nad akceptovatelnou míru.

Avšak hlavním argumentem, proč se nedají části ISS využít pro jiné kosmické stanice na oběžné dráze, je jejich stav. Moduly jsou dávno za svoji plánovanou životností, která byla stanovena na 15 let. Mnohem bezpečněji a také ekonomicky výhodněji tak vyjde stavba a provoz nově vybudovaných kosmických stanic. Pro zajímavost, za současné situace se ani nepředpokládá, že by se využilo nějaké vnitřní vybavení stanice ISS. Nebude se tak opakovat scénář stanice Saljut 7 a Mir. Je třeba si realisticky uvědomit, že každá věc má svoji praktickou reálnou životnost. Také aktuální oběžná dráha ISS nemusí korespondovat s oběžnou dráhou nějaké budoucí kosmické stanice, a tak by se přesun nákladu stal velmi energeticky náročný, a tedy neefektivní. Opravdu pak vyjde mnohem levněji vyrobit drahou aparaturu znova, než se snažit tu starou dostat jinam. Jak již bylo zmíněno, počátky Mezinárodní kosmické stanice sahají daleko do minulosti a odrážejí technologické schopnosti té doby. Pro budoucí, například komerčně provozované kosmické stanice, by tak neměly tyto komponenty žádný přínos a mohly by postrádat přirozenou morální a technologickou kompatibilitu.

Navíc jednotlivé moduly, ale i jiné větší konstrukční prvky, Mezinárodní kosmické stanice nejsou samostatně životaschopné. Od začátku totiž byly stavěny jako součást většího celku, kdy se jednotlivé funkce doplňují a provazují. I to je jeden z důvodů, proč by provozní recyklace ISS, či jejích částí, byla velmi náročná a nevýhodná.

Když je tedy řízený zánik stanice jedinou rozumnou možností, existují nějaké simulace toho, jak bude probíhat vlastní sestup stanice do atmosféry a její rozpad?
Ony existují i jiné scénáře. Pravda bláznivé, ale posouzené musely být také. Jde například o destrukci stanice přímo na oběžné dráze pomocí výbušniny. Na uskutečnění jde o velmi snadné a spektakulární řešení. Dle modelů NASA JPL by však vzniklo více jak 220 milionů úlomků kosmické tříště o velikosti větší než 1 mm. A řádově vyšší množství objektů menších. Argumentem může být provést toto ve finální fázi vstupu do atmosféry, ale pak to postrádá smysl, a naopak to proces komplikuje. Obdobně nevýhodně vychází postupné rozebírání Mezinárodní kosmické stanice ISS a likvidace jednotlivých částí po menších kusech. A teď pomiňme to, co již bylo řečeno dříve, že rozebrání stanice je fakticky nerealizovatelné. Tak jak je ISS postavena, bohužel potřebuje mnoho svých částí stále, a to i v posledních okamžicích existence. Není tak možné se tímto způsobem zbavit významné části hmotnosti. Navíc by bylo třeba tyto části cíleně navádět do atmosféry, což je opět technicky, finančně i časově mnohem větší výzva, něž likvidace stanice vcelku.

Vraťme se na chvilku do relativně vzdálené minulosti. Již v polovině 90. let 20. století si nechala NASA vypracovat studii, jak by mohl zánik takto velkého objektu probíhat. Technických detailů o řešení samotného zániku tam mnoho nebylo, široce se diskutoval zejména potenciální vliv na atmosféru Země, oceány a mořské dno. Přesto byl udán směr – cílený a řízený zánik v zemské atmosféře s dopadem trosek do oceánu. Tento scénář se naplnil na konci života sovětské/ruské kosmické stanice Mir v roce 2001. Šlo o historicky první a zatím jediný řízený zánik hmotnostně řádově stejně velkého objektu jako je ISS.

Rámcový plán řízeného zániku Mezinárodní kosmické stanice ISS počítá v první fázi s přirozeným sestupem na nižší oběžnou dráhu. A to zejména se zapojením přirozeného vlivu odporu zemské atmosféry. Pro jeho co největší efekt tedy ISS natočí plochu většiny svých panelů fotovoltaických článků proti směru letu. Jak dlouho by tato fáze trvala, je závislé na počáteční výšce oběžné dráhy ISS, hustotě atmosféry a sluneční aktivitě. Použité předpovědní modely pro různé situace uvádějí rozptyl od 4 do 18 měsíců. Ve výšce okolo 330 km by opustila stanici poslední posádka a následně by tak byla ISS v (polo)automatickém režimu práce. Pokračovalo by se nadále v přirozeném snižování výšky oběžné dráhy stanice. Kritickou výškou je 279 km pod níž již nejsou motory ISS schopné překonat vliv odporu atmosféry a stanice by tak nevratně směřovala k zániku. Od výšky 270 km by již bylo nutné orientaci stanice v prostoru udržovat pomocí raketových motorů, neboť palubní silové gyroskopy by na tuto práci již nestačily. Proto musí tato část sestupu proběhnout co nejrychleji a v prvních plánech se počítalo se čtyřmi dny. Snižování oběžné dráhy tak bude probíhat také s pomocí motorických manévrů, které budou mít za úkol vhodně upravovat parametry oběžné dráhy. Na posledním oběhu by byl proveden ideálně jeden dlouhý brzdící manévr, který by snížil výšku perigea pod 70 km, takže by Mezinárodní kosmické stanice ISS bezpečně vstoupila do hustých vrstev atmosféry a došlo k jejímu zániku. Vstup do atmosféry by měl být co nejstrmější, aby se zkrátila délka dopadové oblasti.

Agentury se tomuto tématu jistě dlouhodobě věnují. Jak se tyto plány vyvíjely v průběhu existence stanice?
Již od počátku bylo jasné, že bude potřeba Mezinárodní kosmické stanici se zánikem pomoci nějakou připojenou kosmickou lodí či loděmi. Na přelomu let 2009 a 2010 byl vypracován první podrobný postup a harmonogram, jak by měla být ISS navedena do atmosféry Země. A bylo načase, protože v té době se počítalo, že se tak stane již v roce 2016. Pomoci v posledních okamžicích mohla stanci tehdy vyvíjená kosmická loď CEV, či existující nákladní kosmické lodě Progress a ATV. Evropská kosmická agentura ESA v té době dokonce začala uvažovat o vývoji speciální jednoúčelové kosmické lodi, která by se postarala o řízený zánik ISS v atmosféře Země. S CEV se v té době nedalo realisticky počítat a další pozornost se tak zaměřila pouze na evropské ATV a ruské Progressy.

Příprava pro zánik by začala přibližně s ročním předstihem doplněním pohonných látek na stanici. I když jsem říkal, že zánik se neobejde bez pomocných kosmických lodí, tak se stejně tak neobejde bez pohonných látek a raketových motorů ruského segmentu ISS. V průběhu tohoto období by se přirozeně snižovala oběžná dráha ISS a přiletěly potřebné kosmické lodě. V závěrečných čtyřech dnech by došlo k postupnému motorickému snižování perigea a při posledním oběhu k dlouhému finálnímu motorickému manévru. Tedy by kopíroval již ten úplně prvotní plán, který jsem zmínil výše. V první rozpracované variantě se počítalo s použitím nákladní kosmické lodě ATV, která byla schopna poskytnout kontinuální tah 1,9 kN a jedné nebo dvou lodí Progress. Výhodou tohoto řešení bylo použití existujících kosmických lodi, nevýhodou pak jejich počet a plánované ukončení výroby evropských lodí po ATV-5. Druhou plánovanou možností bylo využití upravené kosmické lodi Progress, která byla schopna poskytnout kontinuální tah 3,1 kN. Výhodou je potřeba pouze jedné kosmické lodi od jednoho partnera a větší rezerva při plánování zániku. Nevýhodou by pak byla nutnost již zmíněné modifikace raketového motoru SKD na kosmické lodi Progress. Motor montovaný do továrních verzí Progressu má omezenou dobu kontinuálního fungování na 900 sekund. Nainstaloval by se tak motor s filmem chlazenou spalovací komorou, který tak může teoreticky pracovat neomezenou dobu.

Provoz Mezinárodní kosmické stanice ISS byl v průběhu let prodloužen a v roce 2015 tak byl vypracován aktualizovaný plán na řízený zánik stanice po ukončení jejího provozu. A tento plán je fakticky platný doposud. Počítá s využitím nákladních kosmických lodí Progress MS a raketových motorů na modulu Zvezda. Rozpracované možnosti počítaly až se třemi loděmi Progress MS pracujícími samostatně nebo ve spolupráci s modulem Zvezda. Čistě hypoteticky by šlo provést zánik i pouze s pomocí raketových motorů na Zvezdě, ale s vysokou mírou rizika a bez jakékoli zálohy. K tomuto hraničnímu scénáři se ale ještě blíže dostaneme. Množství pohonných látek pro finální brzdící motorický manévr by se podle zvoleného scénáře pohybovalo od 800 do 3 400 kg. Požadavky na bezpečný průběh zániku ISS byly velmi podobné jako v případě zániku stanice Mir, tedy s možností odkladu navedení do atmosféry o jeden den.

V takovém případě byla podmínkou přítomnost tří kosmických lodí Progress MS připojených k modulům Zvezda, Poisk a Pričal. Do nám již známé kritické výšky 279 km („bod bez návratu“) by Mezinárodní kosmická stanice sestoupila přirozeně s co největším využitím odporu atmosféry. Následně bude probíhat snižování oběžné dráhy stále přirozeně, ale bude doplněno o motorické korekce výšky perigea a apogea. Jak již bylo také napsáno výše, o orientaci stanice se již bude muset starat reaktivní systém, neboť možnosti silových setrvačníků CMG nebudou dostatečné. To by si vyžádalo přibližně 100 kg pohonných látek denně pouze pro udržování správné orientace. Aby bylo setrvání ISS v této fázi co nejkratší (pár dní), bude se dráha snižovat také s pomocí manévrovacích motorů DPO na Progressu MS připojeném k modulu Zvezda. Motory DPO o celkovém tahu 980 N by za tu dobu spotřebovaly až 2 150 kg pohonných látek. Motorický manévr pro finální navedení do atmosféry Země by trval celkem 2 400 sekund, tedy 40 minut, a byl by složen z několika kroků. Na začátku by se zažehlo osm již zmíněných záďových motorů DPO na Progressu MS připojeném k modulu Zvezda, čtyři boční motory DPO a na Progressu MS na modulu Poisk a až osm bočních motorů DPO na Progressu připojeném na modulu Pričal v závislosti na orientaci ISS. Na tuto fázi by se spotřebovalo asi 1 700 kg pohonných látek za 2 000 sekund funkce motorů. Přibližně v polovině celkové doby finálního manévrů by se na 800 sekund zažehnul hlavní motor SKD o maximálním tahu 3,1 kN na Progressu MS připojeném na modulu Zvezda. Za dobu své činnosti by spotřeboval 800 kg pohonných látek. Posledních 340 sekund manévru budou pracovat pouze již dva motory S5.79 na modulu Zvezda o celkovém tahu 5,9 kN a spotřebě 800 kg pohonných látek. K začátku destrukce Mezinárodní kosmické stanice by mělo dojít ve výšce mezi 110 a 120 km. Trosky by dopadly do oblasti jižního Tichého oceánu v oblasti pod dráhou letu v délce nepřesahující 6 000 km. Z přibližně 450 tun by mělo do oceánu dopadnou mezi 24 až 79 tunami zbytků ISS v závislosti na použitém simulačním programu a podmínkách vstupu. Popsané řešení využívalo ideální sestavu využívající tři kosmické lodi Progress MS a modul Zvezda. V den zániku (resp. v nadcházejících 24 hodinách) bylo navíc k dispozici osm záložních oběžných drah pro zánik, a o den později tři. Všechny by se nacházely v jižní oblasti Tichého oceánu.

Celková potřeba pohonných látek pro 6 až 26 měsíců trvající plán řízeného zániku ISS by se pohybovala, dle zvoleného scénáře a dalších vlivů, od 4 300 do 7 500 kg. V případě výjimečné situace na stanici ISS by se mohlo/muselo postupovat podle nouzových scénářů, což by vyžadovalo až 9 300 kg pohonných látek pro řízený zánik. Zpracován nebyl jenom výše popsaný optimální stav, ale i varianty s jedním nebo dvěma Progressy MS a to buď v práci s a nebo bez podpory modulu Zvezda. Simulovaly se tak podmínky, kdy by muselo být přistoupeno k nouzovému zahájení procedury zániku Mezinárodní kosmické stanice ISS. Jak už bylo řečeno, nejméně chtěnou eventualitou je neřízený zánik stanice ISS nebo její rozpad na oběžné dráze.

V roce 2017 proto pokračovalo hodnocení a plánování potenciálních scénářů zániku Mezinárodní kosmické stanice ISS. Stále se počítalo zejména s využitím nákladních kosmických lodí Progress MS a vlastních kapacit stanice. Pozvolné přípravy ukončování běžného využívání ISS a jejího zániku měly trvat dva roky a vyžádat si až 950 milionů USD. S ohledem na další prodloužení provozu stanice se NASA a Roskosmos zaměřily více na rozpracování nouzových scénářů při výjimečné situaci, která by si vyžádala okamžitou evakuaci posádky a znamenala potenciální ztrátu kontroly nad ISS. Pravděpodobnost, že nastane jedna ze tří hlavních výjimečných situací v průběhu jedné půlroční expedice je 1:120 pro penetraci protimeteorické ochrany a dehermetizaci stanice, 1:46 000 pro požár a 1:5 600 000 pro průnik amoniaku do vnitřních prostorů stanice ISS. V posledních letech je také sledován zvýšený únik atmosféry stanice skrze praskliny v zadní části modulu Zvezda. Ten největší, který byl zaznamenán letos, byl 1,7 kg atmosféry uniklé za jeden den. A nejde o kontinuální záležitost. Zde je třeba i zdůraznit, že ISS není dokonale utěsněná a ani se s tím nepočítalo. Atmosféra je pravidelně doplňována a plánované maximální úniky na začátku provozu ISS byly okolo 0,3 kg za den.

Nejpravděpodobnější nebezpečnou situací je z výše uvedeného dehermetizace stanice. To s sebou mimo nutného opuštění stanice posádkou (pokud by byla na palubě) nese ještě jednu konsekvenci. Mnoho řídících systémů Mezinárodní kosmické stanici ISS nutných pro její řízený zánik není stavěno na práci ve vakuu. V případě takové situace se odhaduje jejich doba provozu přibližně na 180 dní. I proto také všichni partneři programu ISS začali pracovat na rozšíření možností zániku ISS tak, aby mohla dopadová oblast trosek narůst z 6 000 km až na 12 000 km bez způsobení škod na majetku či zdraví. V takovém nouzovém případě by se využilo všeho, co by bylo lidově řečeno na palubě a funkční. Počítalo se minimálně alespoň s modulem Zvezda, případně s jedním Progressem MS (jeho přínos by závisel na tom, na kterém modulu by byl zrovna připojený). A tady jsme zpátky u hypotetického scénáře, kdy by zánik ISS závisel pouze na modulu Zvezda. Strašně by záleželo, kdy by k této situaci došlo, na jaké oběžné dráze, a jak by byly funkční další systémy stanice. Každopádně by takový řízený zánik šlo za určitých podmínek provést s tím, že by mohlo dojít k nárůstu délky dopadové oblastí a záloha by se omezila na žádný nebo maximálně jeden oběh. Ale i na tuto nepravděpodobnou situaci se kosmické agentury zapojené do programu ISS připravují a v ruském segmentu stanice ISS se udržuje dostatečné množství pohonných látek (alespoň okolo 3 000 kg). Modul Zarja má maximální kapacitu pro uchování přes 6 100 kg pohonných látek, Zvezda pak 860 kg (což je mimochodem absolutní minimum pro provedení navedení do atmosféry). Tyto pohonné látky mohou přes středně- a vysokotlaký systém využívat také nákladní kosmické lodě Progress MS. Jde pouze o doménu ruského segmentu stanice ISS a západní část žádným obdobným systémem nedisponuje. Stejně tak není vybavena moduly s raketovými motory. A zde jsme zpátky u již zmíněné nezastupitelnosti jednotlivých částí Mezinárodní kosmické stanice. Na závěr této části je dobré také uvést, že pro provedení všech manévrů se počítá se změnou orientace stanice ISS tak, aby ruský segment směřoval ve směru letu. Pokud by dosažení této orientace nebyla ISS schopna, stal by se řízený zánik, tak jak je nyní naplánovaný, nerealizovatelným.

Pojďme se nyní posunout blíže k současnosti. Poslední významná novinka, kterou veřejnost zaznamenala, se týkala rozhodnutí NASA pověřit firmu SpaceX stavbou lodi USDV (United States Deobiting Vehicle). Můžeme si popsat její konstrukci a úlohu v celém projektu?
Jak již bylo řečeno, je varianta zániku s využitím nákladních kosmických lodí Progress MS a modulu Zvezda jediná s podrobně zpracovaným průběhem a požadavky. NASA v roce 2022 proto vyzvala americké firmy a průmyslová konsorcia, aby navrhla řešení více akcentující zapojení amerických, resp. západních partnerů. Hlavním spouštěčem se nepřekvapivě stalo brutální napadení Ukrajiny Ruskem a výrazné ochladnutí vztahů partnerů programu ISS vůči Roskosmosu, resp. Rusku jako takovému.

Očekávalo se řešení v podobě jedné autonomní kosmické lodi (říkejme jí dle vítězného návrhu USDV), která se připojí k přednímu dokovacímu uzlu na modulu Harmorny. Buď na dokovací uzel IDA-2 využívající mezinárodní standard IDSS pro spojení kosmických lodi anebo přímo na CBM na modulu Harmony. Druhá možnost by vyžadovala demontáž dokovacího prstence IDA-2 a přechodového tunelu PMA-2, ale zase zajistila lepší přenos sil na konstrukci stanice. Kosmická loď USDV by měla být připojena k ISS minimálně rok před finálním motorickým zážehem a navedením do atmosféry Země. Ideálně však ještě o půl roku dříve. Opět si zde povšimněme souladu s prapůvodními plány. A tak i průběh snižování oběžné dráhy a zániku bude velmi podobný již představeným scénářům. Stanice ISS tedy začne snižovat svoji oběžnou dráhu s využitím odporu atmosféry a motorickými manévry ruského segmentu (Zvezda a Progress MS). Než bude dosaženo výšky perigea okolo 330 km, měla by být americká kosmická loď USDV pro zajištění zániku ISS ke stanici připojená. Počítá se totiž s tím, že posádka bude muset být v průběhu připojení USDV na palubě ISS. Zejména pak v případě připojení k CBM, které by se muselo provést s pomocí staničního manipulátoru SSRMS. Podobně tomu tak je dnes v případě příletů a odletů nákladních kosmických lodí Cygnus.

Pro nižší výšky perigea bude nutný ruský segment ISS pro zajištění orientace stanice a případně pro další motorické snižování perigea, a to v souladu s původními plány z roku 2015. Po dosažení výšky perigea mezi 145 a 150 km proběhne 40 až 60 minut dlouhý motorický manévr provedený americkou lodí USDV a dojde ke snížení perigea na či pod 50 km. To zajistí očekávanou destrukci stanice při průletu atmosférou Země. Ze zadávací dokumentace je maximální povolený tah vyvinutý motory USDV omezen na 6 178 N, aby nedošlo k poškození konstrukce stanice. Tohoto maximálního tahu a oblastí okolo něj (z obou stran) je však podmíněno postupným zvyšováním tahu, nikoli skokovým náběhem na tento tah. Z požadavků nadále vyplývá, že po připojení k ISS by měla mít USDV zásobu Δv minimálně 41 až 47 m/s a ideálně vyšší a odpovídající zásobě pohonných látek (přibližně 1 700 kg). V případě vyšších kapacit pak může být zastoupena část ruského segmentu. Ale jak je vidět, je stále ve scénáři zániku nenahraditelný. A to i přesto, že proběhly testy se změnou oběžné dráhy Mezinárodní kosmické stanice ISS pomocí nákladních kosmických lodí Cygnus a Dragon2.

Dne 26. června 2024 NASA vybrala SpaceX ke stavbě kosmické lodi USDV a přidělila jí kontrakt ve výši 843 mil. USD. SpaceX nebude vyvíjet USDV od nuly, ale využije nákladní kosmickou loď Dragon2 s novým, výrazně zvětšeným trunkem osazeným 30 motory Draco. Ty jsou schopné dohromady poskytnout mnohem vyšší tah než je cca 6 kN, ale mají omezenou dobu kontinuálního fungování. Proto se budou muset při finálním motorickém manévru střídat a jejich počet také zajistí robustnost celého systému. Celková hmotnost kosmické lodě USDV by se mohla pohybovat okolo 30 tun, z čehož polovinu budou tvořit pohonné látky. Více podrobností o technickém řešení není prozatím veřejně známo.

USDV tedy bude muset být ke stanici připojena dost dlouho před samotným zánikem. To, že bude jeden z portů blokován, tedy zřejmě bude mít vliv na rotaci posádek na stanici. Jak konkrétně se to projeví?
USDV bude mít bezesporu na provoz stanice ISS vliv a po jeho připojení již nebude probíhat například zmíněné střídání posádek tak, jak jsme doposud zvyklí. Pokud by podpora programu ISS měla skončit skutečně k 30. září 2030, pak se bavíme o březnu či září 2029. Stanici tak zbývá pouze přibližně 4,5 let provozu v současné podobě. Poslední klasickou dlouhodobou posádkou tak pravděpodobně bude Expedice 81. Dá se ale očekávat že i ta již bude poznamenána přípravou ISS k řízenému zániku. Ze strany kosmických agentur tak začíná být vyvíjen tlak na dokončení všech probíhajících a plánovaných vědeckých experimentů. To může mít negativní vliv na soukromé komerční lety společnosti Axiom na ISS, kterých již nebude mnoho a mohou být také plně zastaveny. Využívání dokovacích uzlů na západním segmentu (na modulech Unity a Harmony) bude velmi intenzivní. V letošním roce mimo klasické lety očekáváme ještě let pilotované kosmické lodě CST-100 Starliner, nepilotovaného miniraketoplánu Dream Chaser a nákladní kosmické lodě HTV-X1. A do toho případně ještě mise Axiom.

Od okamžiku připojení, respektive přípravě na připojení, lodi USDV k ISS bude k dispozici pro pilotované kosmické lodě Crew Dragon a CST-100 Starliner pouze jeden dokovací uzel. Zbude tedy dokovací prstenec IDA-3 připojený přes přechodový tunel PMA-3 na modul Harmony. Situaci by nijak nezlepšila ani potenciální přítomnost několika modulů stance Axiom připojených k ISS. Ty by se totiž před příletem USDV musely stejně odpojit. Aby tedy byla i po připojení USDV stanice ISS trvale obydlená, bude třeba i v tomto období účast Roskosmosu. A to navíc za předpokladu výměny sedaček v ruských a amerických kosmických lodích tak, jak tomu je prozatím doposud. Bez splnění těchto podmínek by stanice musela být minimálně několik dní bez posádky. Bude ale záležet na finálním plánu využívání ISS v posledních dvou letech jejího provozu. Na tom kosmické agentury zatím pracují.

Řešením by tedy bylo celý zánik stanice o pár let odložit. Brání tomu něco kromě peněz, třeba fyzický stav modulů stanice?

Už nyní se mluví o drobném prodloužení provozu stanice ISS. Dodatečný čas by měl umožnit bezpečně vyvinout, postavit a otestovat loď USDV. Samozřejmě jej uvítají i vědci. Poslední posádka by měla Mezinárodní kosmickou stanici ISS v takovém případě opustit v říjnu 2030 a stanice by měla zaniknout v květnu 2031. Výraznému prodloužení provozu ISS brání zejména nejasná mezinárodní situace a vztahy jednotlivých partnerů programu. Kruciální v této otázce je role Roskosmosu. Případná shoda by pak samozřejmě vyžadovala financování provozu stanice v podobném rozsahu jako doposud, tedy v objemu několika miliard USD. Co je naopak pozitivní, tak to je technický stav jednotlivých modulů a částí stanice. V průběhu posledních let došlo k modernizacím jak v západním, tak i ruském segmentu. Nejviditelnější byla určitě instalace nových panelů fotovoltaických článků a akumulátorových sad. Na svůj věk je tedy stanice ISS pořád ve velmi dobré kondici, na čemž se shodli i hlavní průmysloví dodavatelé. A i přes občasné problémy nedochází vlivem současného technického stavu k omezování vědeckého programu. To je velký rozdíl oproti situaci na stanici Mir v posledních letech jejího provozu, která již byla v podstatě neudržitelná.

Nemalou roli a vliv má také politika. Zejména NASA předpokládala, že bude mít ještě před koncem ISS přístup až ke dvěma komerčním kosmickým stanicím (CLD). Termín jejich připravenosti je však prozatím nejistý a NASA vyvíjí tlak co nejvíce zkrátit případně eliminovat dobu mezi zahájením provozu CLD a ukončením provozu ISS. A v podobné situaci jsou i další partneři – ESA a JAXA, které se taktéž připravují na dobu po konci ISS a dodatečný čas se jim bude určitě hodit. Je třeba také jedním dechem dodat, že i Roskosmos se svojí stanicí ROS na tom také není zrovna růžově.

O kolik let by se dal provoz ISS prodloužit?
Nikdo samozřejmě nemůže 100% zaručit, že se technický stav Mezinárodní kosmické stanice ISS nezačne rapidně zhoršovat, ale teoreticky by mohla fungovat, dle mého názoru, klidně do konce 30. let tohoto století.

Co by se dělo, pokud by stanice musela být nouzově evakuována? Jaký vliv by to mělo na proces řízeného navedení stanice do atmosféry?
Zvolený postup by velmi záležel na důvodu evakuace stanice a tedy tomu, jaké z jejich systémů by případně byly použitelné. Taktéž by se plánovalo s ohledem na připojené kosmické lodě a zda by u stanice byla již připojena loď USDV. Každopádně by bylo přikročeno k co nejrychlejšímu provedení řízeného zániku dle možností, které byly rozebrány podrobněji již v jedné z předešlých odpovědí.

Jak jste uvedl, ruský segment je pro řízený zánik stanice nezbytný. Rusko však chce ISS opustit po roce 2028. Co by to znamenalo pro plán řízeného zániku ISS?

Všechny v rozhovoru zmíněné varianty a způsoby (řízeného) zániku Mezinárodní kosmické stanice byly někdy více, jindy méně závislé na pomoci ruského segmentu. Ať už šlo o připojené kosmické lodě, reaktivní systém orientace stanice či vlastní pohonný systém. Aby to bylo k dispozici i v době plánovaného zániku ISS, pak je třeba, aby Roskosmos pokračoval v účasti na programu ISS i po roce 2028. Pokud by se tak nestalo, tak zatím nikdo přesně neví, co by následovalo. Odchod ze stanice ISS by měl každý partner oficiálně oznámit minimálně rok dopředu. To je ale v podstatě jediný závazný bod. Jak by prakticky odchod Roskosmosu vypadal, můžeme pouze spekulovat. V současné době je ruský segment pro stanici důležitý. Již v době budování se Mezinárodní kosmická stanice stavěla tak, že její jednotlivé části nebyly a nejsou plně soběstačné, protože by to bylo zbytečně nákladné a na úkor prostoru pro vědeckou aparaturu. Závislost jednotlivých modulů a systémů je tak vysoká a ruský se západním segmentem si navzájem poskytují také redundanci. O tu by se v případě „ztráty“ ruského segmentu přišlo, což by vedlo k snížené bezpečnosti pobytu posádky na stanici a také zkomplikovalo řízený zánik ISS.

Již zde bylo zmíněno, rozpojení stanice ISS na jednotlivé moduly nebo na ruský a západní segment je technicky velmi rizikové a mohlo by způsobit stanici nemalé problémy. Navíc, modul Zarja je sice součástí ruského segmentu ISS a postavily jej ruské firmy, ale zaplatily jej z drtivé většiny Spojené státy americké. Zarja je tak ve vlastnictví NASA. Dá se namítnout, ať se tedy odpojení ruského segmentu provede až za modulem Zarja. Mimo výše uvedené problémy by ale se zbytkem stanice ISS zůstal spojený i ruský modul Rassvet, který je připojený právě k modulu Zarja. Taktéž bezpečného odletu ruského segmentu od stanice ISS by nebylo snadné docílit.

Na ne úplně oficiální úrovni byla probrána i možnost předání ruského segmentu ostatním partnerům programu ISS. Ponechme stranou, zda by za to Roskosmos chtěl nějakou finanční kompenzaci a zda by ostatní agentury byly ochotné ji zaplatit. Roskosmos by totiž nebyl ochoten předat potřebnou dokumentaci (u některých systémů ani v kompletní podobě již neexistuje) a zejména znalosti pozemního personálu. Bez toho by však nebylo možné ruský segment stanice bezpečně provozovat a jsme zase na začátku celého problému okolo něj. Nejasná situace po roce 2028 tak komplikuje další plánování provozu ISS a její zánik.

Jak jsem již zmínil, je možné, že se provoz Mezinárodní kosmické stanice ISS prodlouží a oddálí tak i její zánik. To by snad mohlo stačit k vyřešení situace s ruským segmentem, pokud by Roskosmos ukončil k roku 2028 účast na programu ISS. Taktéž by bylo možné připravit plán řízeného zániku ISS plně v režii NASA. Bude velmi záležet, kam se posune situace v dalších měsících, avšak vyjasnit by se měla nejpozději v první části roku 2026. Na pracovní úrovni situace vypadá poměrně pozitivně, ale rozhodovat budou politici a těm do hlavy nevidím.

Dá se nastínit časový harmonogram vývoje v dalších týdnech a měsících? Kdy se bude o tomto tématu znovu jednat, aby se agentury posunuly ze současné patové situace?
Nyní se vyčkává na vyjádření Roskosmosu nejen k samotnému procesu řízeného zániku ISS v atmosféře Země, ale také k potenciálnímu prodloužení účasti Ruska v programu i po roce 2028. V polovině ledna by měly zasedat výbory SSCB a MCB, na kterých by mohly z úst představitelů Roskosmosu zaznít nové informace. Současná nejistota v dalším vývoji programu a spolupráci kosmických agentur tak drží plánovače provozu, ale i zániku ISS v šachu.

Děkuji Vám za rozhovor

Zdroje obrázků:
https://orbitaltoday.com/wp-content/uploads/2024/06/Break-Up-of-Russian-Satellite.jpeg
https://i.sstatic.net/rdvSb.png
https://pbs.twimg.com/media/FpfTVQQWcAAKJFD?format=jpg&name=900×900
https://spaceflightnow.com/wp-content/uploads/2022/02/iss-crewdragon-2021.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/cdff_awardee_1.jpg
https://www.esa.int/…/mir_re-entry_path/9136820-5-eng-GB/Mir_re-entry_path_pillars.gif
https://lh6.googleusercontent.com/../AAAAAAAB1wU/mn5B1P74CPg/w1000-h666/atv5-7.jpg
https://russianspaceweb.com/images/spacecraft/manned/space_stations/progress/progress_design_1.jpg
https://i.sstatic.net/p4NAE.jpg
https://www.thespacereview.com/archive/619a.jpg
https://i.dailymail.co.uk/1s/2022/02/08/16/53929019-0-image-a-34_1644337689286.jpg
https://i0.wp.com/…/07/usdv-spacex-scaled.jpg?fit=2560%2C1441&quality=89&ssl=1
https://static.wikia.nocookie.net/space-x/images/b/b5/Draco.png/revision/latest?cb=20141001032243
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2020/01/Axiom-ISS.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/jsc2021e064214_alt_0.jpg
https://live.staticflickr.com/65535/51814784284_66410bd9dd_o_d.jpg
https://russianspaceweb.com/…/iss/russian_segment/mlm_iss_rs_2021_11_1.jpg
https://www.russianspaceweb.com/images/spacecraft/manned/space_stations/ross/ross_silo_info_1.jpg