Obecnou mantrou poslední doby se (nejen) v kosmonautice stala znovupoužitelnost. Přestože první kosmickou lodí, jež byla od počátku koncipována k tomu, aby vozila opakovaně posádky na orbitální dráhu, byl americký raketoplán, teprve dnes se tomuto přístupu díky novým komunikačním kanálům a internetu dostává zasloužené pozornosti těm, kteří do kosmonautiky opět tento přístup zavádějí. V čele snah o mnohonásobnou použitelnost stojí dnes zcela poprávu společnost SpaceX. Jen skuteční fanoušci kosmonautiky však vědí, že tvrzení o raketoplánu coby první recyklovatelné kosmické lodi není tak zcela pravdivé. Již v šedesátých letech se objevil projekt kabiny, kterou by bylo možné opakovaně využít k letům s posádkou. Tento projekt se podařilo dotáhnout pouze do fáze testovacích bezpilotních letů, nicméně koncept byl potvrzen a prověřen. Vzhledem k zaměření tohoto seriálu se již vážení čtenáři jistě dovtípili, že řeč je o stroji z dílny Vladimira Čeloměje a jeho konstrukční kanceláře CKBM. Stroj s indexem 11Ф74 a poměrně nenápaditým názvem VA (Возвращаемый Аппарат – návratový aparát) byl rozhodně nevšedním kouskem techniky a v mnohých ohledech předběhl svou dobu…
TKS – loď z říše snů (část 2. – VA)
Zrod návratové kabiny VA oplýval jedním zajímavým aspektem: nejednalo se o konstrukci vyvinutou zcela od základu čistě pro loď TKS. Kořeny VA sahají hlouběji do minulosti, konkrétně do roku 1964. Tehdy se začalo OKB-52 (pozdější CKBM) zabývat plány na vývoj LK-1. Pod tímto názvem se skrývala kosmická loď určená pro oblet Měsíce. V rámci vývoje konstruktéři nahromadili mnoho zkušeností a během testů vyzkoušeli nesčetné množství podob návratové kabiny, aby se nakonec shodli na tvaru komolého kužele s konvexní základnou. Mimochodem – stejný tvar měly i velitelské moduly amerických lodí Apollo. Tvar spolu s vyoseným těžištěm zajišťoval určitou míru vztlaku a během průletu atmosférou byl i do jisté míry řiditelný.
Do prací na LK-1 ovšem zasáhla politika a rivalita. Na vršek nosičů Proton tak v rámci programu L-1 (pilotovaný oblet Měsíce) zamířily lodě 7K-L1 z dílny koroljovského OKB-1 (později CKBEM). Čeloměj se však nemínil vzdát a začal na základě zkušeností z programu L-1 rozpracovávat LK-700, tedy stroj, jenž měl Sověty dostat na povrch Měsíce. Byť se ani tento projekt nepodařilo dovést do zdárného konce, pro účely našeho povídání stojí za povšimnutí fakt, že návratová kabina měla opět tvar komolého kužele s konvexním dnem. A přesně tento tvar dostala do vínku i návratová kabina VA pro loď TKS v rámci programu Almaz. Po jistou dobu byly oba projekty rozpracovávány paralelně, nakonec však byla štěstěna více nakloněna TKS (byť, jak ještě uvidíme, ona náklonnost nebyla tak žhavá, jak by se dalo očekávat).
Zdroj: zen.yandex.ru
VA se skládala z několika částí. Vespod bychom našli samotnou návratovou kabinu, na jejímž vrcholu byla instalována lehce štíhlejší sekce, zajišťující orientaci a stabilizaci kabiny v prostoru. Při startu se pak na vrcholu této sekce nacházela záchranná věžička ADU. Zvolená koncepce byla poměrně nevšední, nicméně měla své nesporné výhody, jak se přesvědčíme dále. Abychom však dodrželi logiku popisu VA, začneme od samotné návratové kabiny.
Ta měla, jak již bylo řečeno, tvar komolého kužele se základnou o průměru 2,79 metru a výškou 3,64 metru. Hmotnost samotné kabiny během přistání činila 2,89 tuny a její vnitřní objem byl celkových 8,37 m3, přičemž „obytný prostor“ vyhrazený pro kosmonauty, jejich křesla a další vybavení v interiéru skýtal 4,56 m3. V rámci tohoto volného prostoru mohlo být „směrem nahoru“ v kabině umístěno 100 kg nákladu a při cestě „směrem dolů“ pak zhruba 50 kg. Pokud by kabina přistávala v bezpilotním režimu, na Zem by mohla dovézt 500 kg nákladu.
Zdroj: foto: Petr Šamárek
Kosmonauti seděli v křeslech Kazbek, jež byly a jsou využívány i v lodích řady 7K „Sojuz“, oproti tomuto stroji však křesla nezaujímala tvar vějíře, nýbrž byla umístěna rovnoběžně. Kazbeky byly na straně nohou upevněny v otočných závěsech, u hlavové části pak byly vybaveny amortizátory. Pomocí speciální pyropatrony byla křesla před přistáním nadzdvižena v hlavové části (rotovala okolo závěsu u nohou) o 25 centimetrů, což prodlužovalo dráhu, na níž amortizátory mohly tlumit energii impaktu při dosednutí. Stejný systém využívají také Sojuzy.
VA mohla setrvat v samostatném letu až 31 hodin, během této doby se o přežití kosmonautů postaral systém zajištění životních podmínek. Ten se nacházel ve speciálním kontejneru přichyceném na tepelném štítu vespod kabiny a byl s ní propojen skrze kabelový svazek. Před vstupem do atmosféry byl kontejner pochopitelně odhazován, svazek byl oddělován pyrotechnicky.
Informace o práci důležitých systémů, stejně jako o důležitých parametrech letu dostávali kosmonauti prostřednictvím relativně velkého ovládacího panelu přímo před sebou. Pod panelem přímo před prostředním křeslem byla umístěna matnice periskopu OSK-3R, který posádka využívala pro kontrolu orientace před brzdicím zážehem. Z osobní zkušenosti autora je nutno říci, že kabina působí relativně stísněně, je tomu tak zejména díky křeslům Kazbek, jež nutí zaujmout fetální pozici. Oproti lodím řady 7K se však jedná o kabinu znatelně větší a tím i pohodlnější.
Kosmonauti měli možnost loď opustit třemi různými způsoby. Po přistání bylo možné využít kruhový průlez na pravé straně kabiny (přičemž vnitřní mechanismus příklopu je klasickou ukázkou funkčnosti a zároveň krásy technického designu), druhou možností pak bylo opuštění kabiny nouzovým průlezem na jejím vrcholu. Ovšem pro přechod do druhé části lodi TKS, jímž byl blok FGB, kosmonauti měli použít průlez, jehož umístění původně mezi pracovníky CKBM vyvolávalo velmi živé spory. Jednalo se o stejné řešení, jaké mělo být využito i u americké lodi Gemini-B pro program stanic MOL.
Foto: autor
Tento průlez byl umístěn ve dnu kabiny, vedl tedy skrze tepelný štít. Námitky odpůrců tohoto umístění lze velmi snadno pochopit: z jejich pohledu bylo jakékoli narušení celistvosti tepelného štítu zbytečným rizikem. Ovšem koncepce lodi TKS de facto jiný způsob nepřipouštěla (pokud pomineme jistá exotická a ne zcela ideální řešení typu nafukovací tunel z bočního průlezu a podobně). Vladimir Čeloměj ovšem na tomto způsobu přechodu kosmonautů do FGB trval a čas mu nakonec dal zapravdu. Příklop o průměru 550 mm, jenž se odklápěl směrem do interiéru kabiny, měl v průřezu kónický tvar rozšiřující se směrem dovnitř. Jeho umístění vycházelo z výsledků mnoha zkoušek a simulací. Ty ukázaly, že ideálním místem je bod, kde se masa vzduchu nejvíce brzdí, tedy tam, kde vzduch nabíhá na štít kolmo. V tomto místě se vzduch po zbrždění a kompresi plavně radiálně „roztéká“ do stran. Hrana příklopu byla chráněna kovovou obručí. Tato obruč po nahřátí mírně expandovala a, stejně jako pístní kroužky v motoru automobilu, bránila vniknutí plazmatu do štěrbiny mezi příklopem a hranou průlezu.
Samotný tepelný štít měl tři části – část chránící špici kabiny, část chránící boky a konečně část chránící dno. Posledně jmenovaná část byla pochopitelně nejsilnější, neboť právě na dno kabiny působilo největší tepelné namáhání. V principu se jednalo o klasický ablativní štít, jehož základem byly vrstvy matrice z křemičité tkaniny napuštěné fenolformaldehydovou pryskyřicí. Potud se nejednalo o nic zvláštního, co však rozhodně stojí za zmínku, je fakt, že specialisté CKBM spolu s pracovníky několika vědeckých institutů vypracovali technologii obnovy tepelného štítu po jeho použití. To zaručovalo možnost kabinu recyklovat až desetkrát! Na svou dobu se jednalo o pozoruhodný výkon.
Na špici kabiny se nacházela kónická „nosová“ část. V ní byl umístěn brzdicí motor 11D843 na tuhé pohonné látky o tahu 7,5 tuny po dobu šesti sekund. Ten zajišťoval zbrždění lodi zhruba o 100 m/s a tím její navedení do atmosféry v rozsahu výšek 165-450 km. V nosové části našly své místo také orientační motorky na kapalné pohonné látky, jež byly určeny k orientaci lodi a k její stabilizaci a řízení během průletu atmosférou.
Zdroj: Novosti kosmonavtiki 9/2002 (kredit: NPO Mašinostrojenija)
Po průletu atmosférou zhruba ve výšce 10 kilometrů byl nosový úsek oddělen, aby uvolnil místo pro práci padákového systému. Ten byl trojkaskádový – nejprve byl rozvinut výtažný a stabilizační padáček, následně brzdicí padák a nakonec tři hlavní padáky o celkové ploše 1770 m2. Ty zajistily snížení rychlosti klesání přibližně na 6,3 m/s. Aby bylo přistání pokud možno co nejměkčí, těsně před dosednutím (ve výšce 1-5 metrů) byl na povel gamaradiovýškoměru zapojen brzdicí motor na tuhé pohonné látky. Jeho místo bylo na vrcholu kabiny, pracoval 0,29 sekundy a jeho spaliny směřovaly podél jejích stěn. Rychlost dosednutí se díky němu snížila zhruba na 3 m/s (maximální přípustná rychlost dosednutí – například při ne zcela ideálních podmínkách, jako je například velmi silný vítr – činila 5 m/s).
Kabina samozřejmě byla schopna dosednout i na vodní hladinu, v tom případě ji mohla posádka opustit již zmíněným průlezem ve špici kabiny. V případě nominálního sestupu měla být kabina schopna dodržet přesnost přistání definovanou elipsou o rozměrech 27 x 13 kilometrů, což bohatě dostačovalo pro její rychlou lokalizaci a příjezd vyhledávacích a záchranných jednotek.
Na startu byla na nosové části připevněna ještě záchranná věžička ADU. Funkce záchranného systému byla i díky koncepci lodě TKS mnohem jednodušší než u Sojuzů. Sojuzy jsou totiž z hlediska záchranného systému ne zcela šťastně koncipovány. Při aktivaci záchranného systému musí věžička odnést mimo návratové kabiny i zcela zbytné části, jakými je orbitální úsek, který trůní nad návratovou kabinou a horní polovinu aerodynamického krytu. To samozřejmě klade vysoké nároky na výkon systému, pročež obratem roste jeho hmotnost. Zbytečně se komplikuje také sekvence oddělování návratové kabiny od zbytku záchranné sestavy.
U lodi TKS byl koncept mnohem jednodušší. Díky průlezu ve dnu kabiny mohla být VA umístěna přímo na špici a téměř tři tuny vážící záchranná věžička ADU o délce 4,65 metru a průměru 1,5 metru byla připevněna přímo na nosový úsek kabiny. Motor na tuhé pohonné látky dokázal vyvinout tah 72 tun po dobu šesti sekund. Spaliny byly usměrňovány čtyřmi tryskami. Ve věžičce se nacházel ještě jeden motor na tuhé pohonné látky o tahu 22,5 tuny sloužící k oddělení ADU od zbytku sestavy a motorky, jež zajišťovaly stabilizaci a odklon trajektorie z oblasti ohrožení.
Zdroj: kpopov.ru (kredit: K. Popov)
Záchranný systém mohl pracovat ve třech různých módech, podle konkrétní situace a fáze startu. První fáze byla využita po dobu, kdy se nosič s lodí nacházel ještě na startovní rampě. Pro záchranu z rampy byla aktivována nejen věžička ADU, ale také brzdicí motor v nosové části. Jejich kombinovaný tah dokázal během dvou sekund vynést kabinu do výšky 2 km (přetížení dosahovalo zhruba 15 g) s bočním rozestupem 1 km od rampy. Pyrotechnicky byl vystřelen výtažný padáček, následně brzdicí padák a vzápětí tři hlavní padáky. Následovalo dosednutí stejně jako u nominálního průběhu letu, tedy s využitím motorků pro měkké přistání. Systém, v němž současně pracuje záchranná věžička i brzdicí motor lodi, je unikátní a nemá v kosmonautice obdoby (koneckonců CKBM si jej nechala patentovat). Po opuštění rampy až do 170 sekundy letu zajišťovala záchranu posádky pouze věžička ADU. Ve 170. sekundě byla věžička odhozena a záchranu lodi zajišťoval brzdicí motor v nosové části VA.
Bylo evidentní, že tvůrci kabiny si dali záležet i na detailech, jež měly být využity při nouzovém přistání mimo určenou oblast. Například radioaparatura „Aurora“ byla pro tento případ vybavena kabelem o délce přibližně 6 metrů, na jehož konci byl ovládací panel s velkými tlačítky. Díky tomuto zajímavému systému mohla posádka po nouzovém přistání opustit loď a současně aktivně vysílat signály SOS a udržovat spojení, přičemž díky zvolenému řešení tak mohla činit i po návratu z dlouhodobého letu a tedy příslušně fyzicky oslabena.
Jak vidno z předchozích řádků, loď TKS byla na svou dobu velmi pokročilým strojem, který měl ambice sovětskou kosmonautiku posunout na kvalitativně novou úroveň. Loď samotná měla velký potenciál jak stran nosnosti, výkonů i schopností, tak jako platforma pro eventuální další vývoj. Prostor i kapacita doslova volaly pro modifikaci k nejrůznějším účelům – při pohledu na nákres TKS vyvstává před očima obraz malé kosmické laboratoře, krátkodobé pozorovací platformy, základu lodi pro oblet Měsíce, cestu k Marsu a podobně. Potenciál TKS však byl nakonec využit jen zpola.
Přestože se stroje TKS nakonec do vesmíru vydaly, nikdy nenesly při startu na své palubě kosmonauty. Jejich koncpeci však prověřil čas a fanoušci kosmonautiky jistě vědí, že v současné době nad našimi hlavami krouží dokonce dva „pohrobci“ tohoto pozoruhodného projektu. O tom bude jistě v rámci tohoto seriálu ještě řeč, nyní se však vraťme do druhé poloviny sedmdesátých let, kdy navenek vše vypadalo pro Almaz velmi dobře, v zákulisí se ale schylovalo k pohromě…
(článek má pokračování)
Zdroje obrázků:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:FP2A3947_(23497687188).jpg
https://zen.yandex.ru/media/they/kakim-byl-pervyi-v-istorii-upravliaemyi-kosmicheskii-gruzovik-5c46e60a83b63e00b5f42e50
foto: Petr Šamárek
foto: autor
Novosti kosmonavtiki 9/2002
https://kpopov.ru/military/vdnh/vertical/dsc_5887.jpg (kredit: K. Popov)
Díky za skvělý díl – je vidět, že tenhle stroj se vám osobně líbí. A musím přiznat, že vypadá velmi zajímavě a na svou dobu musel být úplně revoluční. Pro mě je to navíc úplná novinka jako všechno kolem Almazu, tuto část sovětského programu jsem vůbec neznal a jsem tak ideální čtenář tohoto seriálu, užívám si to plnými doušky 🙂
Zajímaly by mě ty vaše osobní zážitky z návštěvy kabiny. Já měřím přesně 200 cm a stál jsem vedle Remkovy kabiny a ten pocit byl velmi stísněný – a to jsem ani nesměl ani bych si netroufl lézt dovnitř!
Díky moc, Milane! Co se týče toho osobního pocitu – nic moc prostorného to tedy nebylo, nicméně asi lepší než Sojuz. Jak nám to líčil průvodce, tohle bylo jako garsonka, ale Sojuz byl proti VA jako komunálka. 😀
Tak jako tak, kvůli použití křesel Kazbek byl ten pocit opravdu stísněný.
A není to právě naopak? Kosmonauti v Sojuzu mají k dispozici navíc orbitální modul, do kterého si přelezou půl hodiny po startu. Tady nic takového není.
Jednalo se čistě o srovnání VA a návratového modulu Sojuzu. VA neměl létat samostatně (pouze několik málo hodin bezprostředně před přistáním), kosmonauti by v případě TKS měli k dispozici FGB, což by byl ve srovnání se Sojuzem naprosto nesrovnatelný komfort.
Moc děkuji za informacemi nahuštěný článek.Je vidět,žes ho musel dost zjednodušit,aby nebyl moc dlouhý.Jen by mě,a nejen mě,zajímalo,kde je možné vidět kabinu a i vlézt si do ní,jak se Ti poštěstilo?A na závěr by vážně nebylo špatný se vrátit zpět v čase do poloviny 70.let,ale se zkušenostma z dosavadního života,to bych bral!Ještě jednou díky!
Díky Toníku, jsem rád, že se Ti seriál stále líbí. 😉
Do té kabiny jsem juknul na Bajkonuru, ve škole V. Čeloměje. To bych rád věděl, jestli se tam ještě někdy podívám…
Pre MilanV: ste nemali tak vyrásť. To ja by som tam mohol vliezť okamžite, keby som schudol o polovicu. 😉
O týchto kabínach som nemal ani tušenia. Fakt je škoda, že to nedotiahli.
V tej súvislosti mi napadá tá čudná koncepcia Sojuzu (myslím kozmickej lode;) s orbitálnou časťou na nose, ktorá veľa vecí zbytočne komplikovala.
Tak to je hláška dne 🙂 Je pravda, že na ztrácení šířky je návodů všude spousta (jiná otázka je, jak fungují) a na ztrácení výšky nic – a to jsem koukal i do Praktické ženy! Stejně jako už jsem několikrát zkusil jít do obchodů „nadměrné oděvy“ pro kalhoty a nikdy jsem neuspěl 🙂
Ohledně toho Sojuzu – myslím, že nikdo prostě s žádnou návratností použitelné techniky nepočítal, a to ještě dlouhá desetiletí poté. Proto chápu nadšení z TKS, že touto myšlenkou předběhla dobu. I když mi dnes přijde, že toho zachráněného nebylo až tolik, navíc s otázkou kolik by stálo to zpátky zprovoznit do stavu certifikovaného znova pro let s lidmi – podobně jako u raketoplánu. A podobně jako u mnoha a mnoha zdánlivě ekonomických i ekologických nápadů i v jiných oblastech, ale to už je diskuse na úplně jiný server… Ale právě proto je ten úspěch SpaceX, že v praxi dokázali celý ten řetězec činností nastavit tak, aby to vycházelo…
Jsem zvědavý, jak Sověti postupovali s TKS – zařekl jsem se, že si to nebudu vyhledávat, abych měl překvapení každé úterý; je to někdy těžké vydržet, ale snažím se 🙂
Nemal som na mysli nejakú znovupoužiteľnosť v zmysle „odvezie nám to ďalšiu posádku“, skôr „naložíme do toho potrebný náklad“ alebo „s úpravami to vypustíme ako sondu“. Prirodzene, to všetko môže byť totálna blbosť, technicky a aj ekonomicky.
Ale vŕta mi v hlave ten koncept Sojuzu. Jednu zo slabín spomenul pán Šamárek v tomto diely, v minulom tuším zase zhoršený výhľad dopredu a o ďalších výhradách som už tiež čítal. Konštruktéri určite mali dôvod takto postupovať, ale zatiaľ som sa nedozvedel prečo.
A loď TKS vyzerá ako možnosť z tohoto konceptu vycúvať.
Inak som zabudol na tradičné (a zaslúžené) poďakovanie za výborný diel.
Ta koncepce Sojuzu byla taková zejména proto, že Koroljov si netroufl na průlez v tepelném štítu. Uvažovalo se o tom kolem a kolem, dokonce se chvíli uvažovalo nad otočnými křesly, aby návratový modul mohl být nahoře, ale nakonec zvítězil koncept, který známe.
A díky Vám oběma, pánové, moc mě těší, že se seriál stále líbí. 😉
S tím Sojuzem je to přesně naopak. Jeho konstrukce ja maximálně logická, ba přímo geniální. Je to úplně stejná analogie jako lunární modul u misí Apollo. Tedy každá část lodi se používá jen tak dlouho, jak je opravdu potřeba a pak se zahodí. Pro delší pobyt na oběžné dráze, nebo cestu k Měsíci (Sojuz byl konstruován pro měsíční program) potřebujete mít „obývák“, tedy orbitální modul. Ovšem pro přistání na zemi už ten dvoutunový krám nepotřebujete. Nepotřebujete jeho „kuchyň“, pohovku, záchod, ani spacáky v něm. Nemusíte ho tedy ani muset ubrzdit, nepotřebujete tedy tak mohutný tepelný štít, velké padáky ani brzdící raketové motory při dopadu, tedy zase ušetříte na startovní hmotnosti celé sestavy. A to se počítá.
Dobrý deň pán Šamárek. Ako vždy vynikajúce čítanie.
Trocha off-topic. Som rád, že ste spomenuli LK-700, vôbec som o tomto projekte netušil. Našiel som pár fotiek (3), mohli by ste k nemu niekedy napísať niečo bližšie? Ako poznám Vaše články, tak by to iste bolo na niekoľko častí. Už len tá raketa UR-700 vyzerá dosť „besne“
Ďakujem a prajem pekný deň.
BP
Děkuji za pochvalu, opravdu mě to těší, že si seriál našel své čtenáře. Tak snad tomu tak bude i nadále.
Stran LK-700, možná na to přijde řada, ale mám toho v bucketlistu docela hodně… 🙂
Ďalší parádny článok ako vždy. Zaujalo ma to preťaženie 15G, pre kozmonautov by to bola obrovská záťaž. Díky moc za článok.
Díky moc! Co se týče toho přetížení, působilo by jen velmi krátkodobě, navíc ve směru hruď-záda, takže by bylo bez problémů snesitelné (koneckonců podobnou zkouškou si prošla posádka Sojuzu-T-10-1 v roce 1983 a nezanechalo to na ní žádné stopy).