Program Gemini, často tak trochu opomíjený a stojící ve stínu Apolla, znamenal pro NASA definitivní krok k plnohodnotným orbitálním operacím, se vším, co k nim patří. EVA, dokování, rendez-vous za různých podmínek, dlouhodobé lety – to vše bylo možno v plánech pro Gemini nalézt a to vše bylo také posléze realizováno. Pro ambiciozní program však bylo zapotřebí najít nová konstrukční řešení. Ani skafandry nebyly výjimkou. Zpočátku byl potenciální hlavní kontraktor pro vývoj a výrobu skafandrů Gemini jasný: firma B.F.Goodrich své kvality potvrdila při misích Mercury a nikdo nečekal výraznou změnu v tomto smyslu. Své návrhy přihodila také firma Arrowhead Rubber Co. a obě firmy vyvinuly prototypy svých skafandrů. Pro své návrhy použily osvědčený systém „pomerančových“ ohybů v kloubech (pomerančových proto, že připomínaly měsíčky pomeranče) a probíhala také evaluace skafandrů s odnímatelnými nohavicemi a rukávy pro větší pohodlí při dlouhodobých letech. Ovšem nikdo netušil, že v pozadí existuje třetí hráč, který svůj vývoj financuje z vlastních zdrojů, a jeho návrhy jsou mnohem lepší, než u dvou zmíněných výrobců…

G3C, G4C a G5C

V roce 1962 to vypadalo, že výběrové řízení pro skafandry Gemini bude jasnou záležitostí pro firmu Goodrich. Jenže náhle do klidného rybníčku vpadla štika v podobě firmy David Clark Co. z Worcesteru (stát Massachusetts) a v ruce měla jedno obří eso: tzv. „link net“. Pod tímto označením se skrývala vrstva, zabraňující bobtnání skafandru poměrně zajímavým způsobem: jednalo se vlastně o speciální síťovou tkaninu, jejíž oka byla tvořena vzájemně volně spojenými smyčkami. Jestliže jste ji natáhli v jednom směru, zmenšila svůj rozměr v jiném směru (takže pokud jste například skafandr natlakovali, přirozeně se snažil zmenšit svůj obvod). Vzájemné pečlivé vyvážení oněch smyček v různých směrech pak dokázalo zaručit stejný tvar skafandru v normálním stavu i po natlakování. Link net nebyl žádnou novinkou, firma David Clark tento systém s úspěchem použila i pro program X-15, nicméně i pro lety do vesmíru se ukázal být velmi výhodným. Navíc navržené skafandry překonávaly návrhy Goodriche a Arrowhead i v dalších ohledech a 13. června 1963 tak definitivně získala kontrakt pro skafandry Gemini firma David Clark.

Ovšem zatímco u misí Mercury mohli tvůrci obleků vytvářet svá díla při vědomí omezeného letového času a navíc s tím, že astronaut ani v případě přerušení startu neopustí kabinu, nyní na inženýry David Clark Co. čekal mnohem tvrdší oříšek k rozlousknutí. Bylo třeba zajistit integraci padákového postroje, poprat se se sanitárními potřebami astronautů a navíc vymyslet, jak skafandr ochránit před neblahými průvodními jevy katapultáže, výstupu do volného prostoru a to ani nezmiňujeme program USAF, který prosazoval zahrnutí evaluací „raketového křesla“ do letového řádu Gemini.

Co se týče opuštění kabiny v případě nouze, o katapultážní křesla se postarala firma Weber. Velkou zajímavostí ovšem byl samotný osobní padák astronautů, respektive část padákového systému. Obavy o stabilizaci pádu po katapultáži ve velkých výškách a při vysokých rychlostech konstruktéři Gemini zahnali využitím tehdy relativně obskurního zařízení s názvem „ballute“.
Ballute byl vynálezem firmy Goodyear, která v roce 1958 zkřížila balón a padák, odtud jeho název (BALLoon + parachUTE). Jakási textilní kapka se nafukovala náporem vzduchu a po jejím obvodu byl umístěn límec, který odtrhával proudnice a tím pád stabilizoval. Koncept se mimochodem s úspěchem používá dodnes a mimo jiné je zahrnut například v plánech Copenhagen Suborbitals.

O sanitární potřeby bylo postaráno prostřednictvím zipu, kterým se do obleku vstupovalo. Probíhal přibližně od lopatek vertikálně až do rozkroku a končil na podbřišku astronauta. Pro odpočet a start astronauti nosili speciální vaky na sběr moči, na orbitu pak odvážní muži používali kondom, jež ústil do hadice, pomocí které bylo možno moč buďto uchovat pro lékařské analýzy, nebo vypustit do volného prostoru. Pro „číslo 2“ byly k dispozici polyetylénové sáčky, podobné těm, které později létaly na palubách Apolla.

V průběhu několika měsíců po přiklepnutí kontraktu David Clark dodal dvojici vývojových verzí skafandrů, které nesly pojmenování G1C a G2C. Od finálních verzí, které nakonec letěly na palubách Gemini, se navenek lišily zejména vnější stříbřitou vrstvou tkaniny pokryté vrstvičkou hliníku. Zatímco G1C zůstal čistě vývojovým stádiem, na kterém byly prověřovány zejména propojení s palubními systémy, G2C byl používán jako tréninkový skafandr. Velmi známá fotografie první posádky Gemini, Guse Grissoma a Johna Younga, ukazuje právě skafandr typu G2C. První verzí obleku, která se dostala na orbit, byl skafandr s označením G3C. Oproti cvičným skafandrům byl snadno rozpoznatelný bílým zevnějškem, za který vděčil vrstvě nomexu. Na oběžnou dráhu se podíval 23. března 1965.

Pokud bychom v onen březnový den roku 1965 byli svědky oblékání posádky Gemini III, mohli bychom sledovat, jak na sebe Grissom s Youngem navlékají nejprve jednodílné spodní prádlo UGA (Underwear Garment Assembly – něco jako komplet spodního prádla) s integrovanými „ponožkami“, které mělo pomáhat udržovat přijatelný osobní komfort a absorbovat pot. Navíc obsahovalo kapsy pro dozimetr a další instrumenty. V rozkroku pak bylo toto prádlo uzpůsobeno pro zajištění sanitárních potřeb.

Na spodní prádlo pak astronauti navlékali samotný přetlakový oblek. Obsahoval tři vrstvy: vnitřní vrstvu z nylonu, zaručující pohodlné oblékání a svlékání, nad ní byla tlaková vrstva z tkaného nylonu, pokrytého neoprénem, následoval výše zmíněný link net. Navrch ještě patřil bílý nomexový převlečník, mající za úkol ochránit tlakovou vrstvu před otěrem a poškozením, zpomalit případné hoření a napomoci izolovat vnitřní prostředí skafandru od horka a chladu.

Ke skafandru samozřejmě patřila i helma. Ta byla tvořena skořepinou z polykarbonátu a epoxidové pryskyřice. Průzor z plexiskla byl hermetován mechanicky a jistila jej západka. Uvnitř helmy byla měkká vložka, tvarovaná na míru. Sloužila jednak jako ochrana hlavy při vibracích a možných úderech a také obsahovala semišová sluchátka a mikrofony. Helma byla na skafandr připevňována prostřednictvím příruby s rychlozámky, která obsahovala také ložiska. Díky nim mohla helma na přírubě rotovat spolu s hlavou astronauta. Pro případ nouze byla helma vybavena i portem pro přijímání tekutin při zachování hermetičnosti.

Rukavice byly evolucí původního designu rukavic z projektu Mercury. Vnitřní tlaková vrstva byla vyrobena z nylonu, pokrytého neoprenem. Materiálem pro vnější vrstvu byl Nomex. Rukavice byly vyráběny astronautům na míru a byly k rukávům upevněny pomocí přírub s možností rotace o 360°. Ukazovák a prostředník měly na svých konečcích instalovány lampičky, které se velmi osvědčily u předchozích modelů. Tvar rukavic byl zachováván v natlakovaném stavu mimo jiné i šněrováním. Pozdější vývoj přinesl také nastavitelná kovová žebra, jež pomáhala udržovat tvar a usnadňovala pohyb.

Součástí skafandru byly i boty z vrstvy vlny, pěnovky, Nomexu a vnější laminované vrstvy. Boty byly ke skafandru přišněrovány (nebyly součástí tlakové vrstvy) a zaručovaly dostatečné pohodlí a současně bezpečí při možné katapultáži. V neposlední řadě také umožňovaly chůzi v podmínkách 1G.

V kabině Gemini byl udržován tlak čistě kyslíkové atmosféry 345 hPa, skafandr byl pak v případě potřeby tlakován na 255 hPa. Z portu na břiše byl kyslík pomocí kanálků rozváděn k hlavě, nohám a rukám. Poté byl veden přes tělo, které současně ochlazoval, a vyveden mimo skafandr výstupním portem, který byl umístěn na druhé straně břicha.

První ostré použití skafandrů David Clark na palubě Gemini dopadlo na výbornou. Pak ale vývoj událostí nabral rychlý spád. Pro následující misi byla původně plánována plně v souladu se strategií malých postupných pokroků pouze SEVA (Stand-Up EVA, tedy EVA, při které se astronaut postaví na sedadle a do prostoru tak ční pouze jeho hrudník, ruce a hlava). Úspěch Alexeje Leonova během první EVA v historii však poměrně radikálně změnil přístup zainteresovaných. Pilot Gemini IV Ed White začal potají trénovat plnohodnotnou vycházku. Současně s tím ale bylo nutno i zásadně doplnit skafandr, jehož verze G3C nebyla koncipována pro pobyt mimo kabinu.

Nejzásadnější úpravy se dočkalo torzo skafandru. Vnější izolační převlečník nemohl stačit novým nárokům, proto byl nahrazen novou strukturou, která se skládala z vrstvy Nomexu, sedmi vrstviček mylaru – termální ochrany, vrstvy nomexové plsti jako ochrany proti mikrometeoroidům a vnější vrstvy Nomexu. Helma dostala nové přídavné odnímatelné hledí se zlatým filmem, chránící zrak astronauta proti slunečním paprskům, rukavice pak dostaly vnější termální návlek. Úpravou prošly i boty, které se u astronauta, vystupujícího mimo kabinu, staly integrální součástí obleku (velitel měl i nadále boty oddělené šněrováním). Kyslík, nutný k ventilaci a dýchání získával astronaut skrze poutací kabel z paluby lodi. Součástí skafandru byl distribuční kyslíkový systém v podobě boxu VCM („Ventilation Control Module“) na hrudníku astronauta. VCM obsahoval i nouzový systém dodávky kyslíku, jenž poskytoval nouzovou zásobu kyslíku na 9 minut, jeho vývod byl zaveden k portu pro přijímání tekutin v helmě. Všechny tyto úpravy znamenaly, že z původního obleku G3C se nyní stal typ G4C, jehož variace sloužily až do konce programu Gemini a i po jeho konci. Zajímavostí ohledně Gemini IV a jejích skafandrů byl fakt, že Jim McDivitt a Ed White nesli poprvé na levé paži vlajku USA – posléze se z tohoto detailu stala tradice, přetrvávající do dnešních dnů.

Následující posádky vzlétaly na palubách Gemini v neustále vylepšovaných kusech G4C, přičemž zejména obleky pro piloty, kteří vykonávali EVA, byly upravovány doslova od mise k misi. Například kapacita nouzové zásoby kyslíku se zvedla na 30 minut. Dále byla například pro Gemini VIII nomexová plsť vnější části skafandru nahrazena dvěma vrstvami pogumovaného nylonu, rukavice dostaly místo návleků vrstvy tkaniny navíc. Nejvýznamnější změny doznal skafandr pro let Gemini IX-A. Gene Cernan se měl v červnu 1966 vydat mimo kabinu a vyzkoušet mimo jiné i raketové křeslo AMU. Vzhledem k tomu, že jedna z trysek pohonného systému křesla se nacházela poblíž astronautova rozkroku a teploty výstupních plynů se měly pohybovat okolo 700°C, dostal Geno nové nohavice.

Oproti předchozím kusům byly nyní tvořeny směrem zevnitř vrstvami nylonu proti impaktům mikrometeoroidů, 11 vrstvami skelných vláken a kaptonu a vše zvenčí uzavírala vrstva tkaniny z niklo-chromových vláken, zvané Chromel-R. Právě díky Chromelu získaly nohavice Cernanova skafandru svou typickou ocelovou barvu. Z historie víme, že EVA během letu Gemini IX-A se nevyvedla tak zcela podle plánu a na test raketového křesla vůbec nedošlo. Jednalo se také o jediný případ, kdy byla narušena celistvost vrstvy skafandru. Cernanovi se roztrhla ve švu jedna z vrstev „převlečníku“ zhruba v oblasti kříže a nebohý Geno si krom dehydratace, odřenin a celkového vyčerpání odnesl také spáleniny od sluníčka v příslušné oblasti.

Další mise již využívaly standardní konfiguraci G4C. Teoreticky bylo možné v tomto skafandru vydržet 10-12 dní, jenže nezapomínejme, že program Gemini měl jediný cíl: ověřit techniky a technologie, potřebné pro let k Měsíci, přistání na jeho povrchu a návrat zpět. Tehdejší plány pro lunární mise počítaly s délkou až 14 dní. A to bylo na limitu možností skafandru G4C. Už Gordo Cooper a Pete Conrad zažili poměrně výrazné nepohodlí, když ve svých oblecích strávili v srpnu 1965 téměř 8 dnů. Pro Gemini VII byl plánován let ještě o šest dnů delší a bylo jasné, že G4C nebude svými specifikacemi stačit.

Jedním z návrhů, který podporovali i Frank Borman a Jim Lovell (členové posádky Gemini VII), obhajoval vypuštění posádky pouze v lehkých kombinézách s kyslíkovými maskami a leteckými helmami. Návrh však narazil na výraznou opozici. Kupodivu nejzásadnějším argumentem nebyla možná náhodná dekomprese kabiny, nýbrž nemožnost provést řízenou dekompresi v případě požáru. Jeden z inženýrů NASA nadhodil možnost přestavby stávajících skafandrů na odlehčenou verzi a firma David Clark usoudila, že za pokus to stojí.

Výsledek všechny příjemně překvapil: nový lehký skafandr G5C postrádal většinu vrstev. Ve své podstatě se vlastně jednalo o „skořápku“ sestávající z tlakové vrstvy pogumovaného nylonu a nomexové vnější vrstvy. Vrstva link netu byla zachována pouze v oblasti ramen. Helma byla nahrazena integrální měkkou „kapucí“ s průzorem z polykarbonátu. Výhodou G5C byla nízká hmotnost (pouhých 7,2 kg oproti 10,7 kg u G3C a 15,4 kg u G4C), relativně snadné oblékání a svlékání skafandru a malý objem, který skafandr v nenatlakovaném stavu zabíral. Pro případ katapultáže a ochranu hlavy během vibrací při startu byli astronauti vybaveni lehkou leteckou helmou s integrovanými sluchátky a mikrofony.

Ovšem ani odlehčený oblek G5C nezaručoval dostatečné pohodlí během dvou týdnů strávených v těsných prostorách kokpitu Gemini. Astronauti si stěžovali zejména na přehřívání organismu a druhý den dostal Lovell povolení skafandr svléknout. Pro celou proceduru bylo vyhrazeno několik minut, nakonec svlékání trvalo více než hodinu. Zatímco Lovellovi se nesmírně ulevilo, Borman trpěl dále. Původně bylo v plánu, že oba astronauti po 48 hodinách sundají skafandry a budou v kabině pouze v lehkých overalech. Management mise však došel k názoru, že se jedná o příliš velké riziko a tak si vymínil, že vždy jeden z astronautů bude mít skafandr na sobě. Až na konci sedmého letového dne řídicí středisko povolilo, aby oba muži pokračovali v letu bez skafandrů. Borman a Lovell kvůli nepříjemnému horku ignorovali připravené overaly a téměř do konce mise zůstali pouze v dlouhém spodním prádle. Až těsně před přistáním opět skafandry G5C nasadili, pravděpodobně s nepříliš velkým nadšením. Mise Gemini VII byla jediným letem, při kterém byl skafandr G5C použit a jeho funkčnost byla ohodnocena kladně.

Celkově bylo vyrobeno 31 tréningových kusů typu G2C, 14 kusů G3C (z toho 2 kusy skutečně vzlétly), minimálně 41 kusů G4C (z toho 16 letových kusů) a minimálně 11 kusů typu G5C (včetně 2 letových kusů). Firma David Clark Co. odvedla velmi dobrou práci, ačkoliv zejména v oblasti ventilace bylo ještě co zlepšovat – astronauti se během vycházek často přehřívali a malá kapacita ventilačního systému se projevovala mimo jiné zamlžováním hledí helmy. Toto bolavé místo se podařilo odstranit až prostřednictvím vodního chlazení v lunárních skafandrech.

Vývojová řada skafandrů firmy David Clark ovšem ani po ukončení programu Gemini neměla zůstat ležet ladem. S upravenými skafandry G4C se počítalo i pro počáteční fázi následujícího programu Apollo. Posádky Apolla Block I (tedy první dvě, Grissomova a Schirrova) se měly na orbit vydat v oblecích pouze mírně upravených. Dostaly označení A1C a od původních obleků se lišily laminátovým krytem na vršku helmy, pod kterým bylo schováno v hledí otevřeném stavu a také sluneční filtr. Oproti G4C neměly nové skafandry také padákový postroj – Apolla měla k dispozici záchrannou věžičku, která v případě nouze měla odnést do bezpečí celou kabinu. Místo padákového postroje dostali astronauti malý postroj se záchrannou vestou, nejdříve byla umístěna na hrudníku a posléze do podpaží skafandru.

Známá tragédie 27. ledna 1967 však vedla k velkému zemětřesení uvnitř NASA, které v sobě zahrnovalo recertifikaci všech důležitých komponentů systému Apollo a do značné míry také změny ve filozofii použití těchto komponentů. Zatímco předtím se počítalo s použitím odlišných skafandrů pro lety Apolla Block I a Block II, nyní převládl názor, že skafandry by měly být unifikovány pro celý program. Firma David Clark tak musela ustoupit do pozadí a předat štafetu svému konkurentovi.

Ani sovětští vývojáři skafandrů v závodě č. 918 však nespali na vavřínech. Na počátku roku 1969 přišli s novým modelem své garderoby, který v sobě zahrnoval zajímavá technická řešení…

(článek má pokračování)

Zdroje obrázků:

http://gemini.eklapper.com/wp-content/gallery/gemini-4/GPN-2000-001407.jpg
http://airandspace.si.edu/collections/artifact.cfm?object=nasm_A19680439000 (kredit: Smithsonian)
http://history.nasa.gov/SP-4002/images/fig65.jpg
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gemini_3_Portrait.jpg
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gemini_4_EVA_White_floats.jpg
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:USAF_Astronaut_Maneuvering_Unit.jpg
http://www.de-la-terre-a-la-lune.com/vehicules-et-technologies/EMU/images/G5cd.jpg
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Apollo_1_suited.jpg