Obsah > Aktuality > Články > O prvních amerických družicích Země > Nosná raketa VANGUARD

VANGUARD

Rakety 1

Snímky a originály kreseb NASA

Inž.Milan Ledvina

Křídla vlasti č.14/1964 str.465-466

VanguardProhlášením tehdejšího presidenta USA D.Eisenhowera (předneseným jeho tiskovým tajemníkem J.C.Haggertym 29.července 1955) o úmyslu Spojených států vyslat v rámci Mezinárodního geofyzikálního roku 1957-1958 umělou družici Země na oběžnou dráhu se rozběhl program, který měl zajistit Spojeným státům prvenství v novém, do experimentální fáze vcházejícím oboru lidské činnosti - v kosmonautice.

Všichni, kdož položili základy nynějšího rozvoje raketové techniky, a tím tedy i kosmonautiky, uvažovali již na počátku našeho století (K. E. Ciolkovskij) nebo v jeho prvních desetiletích (R. H. Goddard, H. Oberth, E. Sänger a jiní) o budoucnosti kosmonautiky. Viděli ji shodně ve výškových raketách, v dálkových raketách pro dopravu osob i nákladů - z nichž se postupně vyvinou družicové lodi s člověkem na palubě - a v automatických měsíčních sondách i v oběžných stanicích s větší posádkou. V těchto úvahách se však nikde neobjevuje umělá družice bez posádky. Je to celkem pochopitelné; v té době neexistovala telemetrie, bez níž by neměla umělá družice praktický význam. Telemetrii, spojení družice se Zemí pro oboustranné předávání informací a povelů, bylo nutno nejprve vyvinout! To samozřejmě ovlivnilo i vývoj nosných raket pro družice, zájem odborníků - a na-konec též širší veřejnosti - o umělé družice bez posádky, které v letech po II. světové válce "stály" poněkud v pozadí. Z toho hlediska je potřeba posuzovat rozhodnutí představitelů USA o práci na projektu Vanguard, rozhodnutí, po němž následovalo podobné - polooficiální - prohlášení ze strany sovětské.

Rozhodnutí o vyslání umělé družice Země na oběžnou dráhu musí být samozřejmě podloženo i technicky - vhodnou nosnou raketou. A v tomto úseku šly obě kosmonautické velmoci, Sovětský svaz a Spojeně státy, v prvém období rozdílnou cestou. Nejlogičtější a technicky nejjednodušší možností bylo využit pro tento účel vojenských raket - buď raket se středním doletem nebo raket mezikontinentálních. To zřejmě byla cesta sovětská: předtím než byl vypuštěn první Sputnik proběhly úspěšné zkoušky mezikontinentální rakety (srpen 1957). V USA však volili jinou cestu: vývoj výhradně civilní rakety, úplně oddělený od utajených vojenských projektů (údajně proto, aby bylo možno lépe využít pokroku v jednotlivých oborech výzkumu a výroby). "Konkurenci" mezi jednotlivými složkami armády USA (a tím i mezi firmami) a kompetenčními spory se však problém zkomplikoval natolik, že vývojem nosné rakety Vanguard bylo nakonec pověřeno námořnictvo, přesto, že armáda měla již tehdy k dispozici vhodnou raketu, Jupiter C, používanou ke zkouškám raketových hlavic (návrat do zemské atmosféry). Jak bylo později dokázáno, stačilo přidat k raketě Jupiter C relativně jednoduchý čtvrtý stupeň, aby vznikla vhodná nosná raketa. Nakonec však prosadilo svou koncepci námořnictvo a ihned zahájilo práce na raketě, kterou nazvalo symbolicky Vanguard (Předvoj).

V rámci projektu se plánovala výroba celkem 15 raket, z nichž první dvě, které byly odlišné od pozdějších raket Vanguard, sloužily pouze k dílčím zkouškám (v roce 1956 a počátkem roku 1957). Šlo o rakety Viking (označené TV-0 a TV-1), jejichž "předkem" byla německá raketa V-2. Teprve další rakety je možno označit jako nosné rakety Vanguard, i když šlo ještě o vývojové typy (TV-2 až TV-5).
První raketa konečného typu nesla označení SLV-1 a byla vypuštěna v květnu 1958, tedy značně dlouho po původně odhadovaném termínu. Vývoj byl ukončen teprve v únoru 1959, kdy bylo možno umístit na oběžnou dráhu družici o plánované váze zhruba 10 kg.

8.12.56 TV-0 úspěšná zkouška modifikované rakety Viking
1.5.57 TV-1 úspěšná zkouška modifikované rakety Viking
23.10.57 TV-2 zkouška l. stupně Vanguard (II. a lIl. stupeň bez pohonu)
6.12.57 TV-3 neúspěch při pokusu o vyslání umělé družice
5.2.58 TV-3BU neúspěch při pokusu o vyslání umělé družice
17.3.58 TV-4 na oběžnou dráhu vyslána družice s užitečným zatížením 0,45 kg
28.4.58 TV-5 neúspěch pro selhání lIl. stupně
27.5.58 SLV-1 neúspěch pro selháni II. stupně
26.6.58 SLV-2 neúspěch pro selhání II. stupně
26.9.58 SLV-3 nedostatečná funkce II. stupně
17.2.59 SLV-4 úspěšné vyslání družice s užitečným zatížením 5,4 kg
13.4.59 SLV-5 neúspěch pro selhání II. stupně (pokus o současné vyslání dvou družic)
22.6.59 SLV-6 neúspěch pro selhání II. stupně
18.9.59 SLV-7 úspěšné vyslání družice s užitečným zatížením 22,7 kg

Nosná raketa

VanguardKoncepce nosné rakety Vanguard byla na svou dobu velmi pokroková, což ovšem na druhé straně znamenalo poměrně vysoké procento závad a problémů. Z 11 pokusů o vyslání umělé družice byly jen tři úspěšné, což znamená více než 70 % neúspěšných startů!

Raketa Vanguard neměla žádné stabilizační plochy. K řízení a stabilizaci I. a II. stupně se využilo motorů těchto stupňů (trysky zavěšeny v kardanovém závěsu). Naváděcí systém inerciálního typu byl umístěn ve II. stupni. III. stupeň se stabilizoval rotací (asi 150 otáček za vteřinu), vyvolanou malými raketovými motory (o tahu pouhých 22,7 kp) těsně před jeho oddělením od vyhořelého II. stupně.

Konstruktéři rakety Vanguard dosáhli dobrého hmotového poměru - tehdy ještě neznámého - totiž přibližně 0,72 (jde o poměr váhy konstrukce rakety k váze rakety při startu, tj. s pohonnými hmotami), hlavně proto, že převážně použili hliníkových a hořčíkových slitin.

Motor I. stupně zabezpečoval zrychlení asi 6 g; celkově dodával asi 15 % rychlosti nezbytné k uvedení umělé družice na oběžnou dráhu. II. stupeň dodával přibližně 32%, III. stupeň okolo 50%. Zbytek, asi 3 %, se získával částečným využitím zemské rotace.

Ke kontrole polohy II. stupně - k zabránění nežádoucí rotace kolem osy - se použilo tangenciálně umístěných řídicích raketových motorů, využívajících zbytků stlačeného hélia (určeného k přetlačování KPH). Oddělení II. stupně od III. stupně s družicí zajišťovaly bočně umístěné brzdicí rakety (o tahu 22,7 kp), které zpomalily pohyb II. stupně. Podobně tomu bylo u III. stupně. K oddělení vyhořelého stupně stačí malý rozdíl v rychlosti obou částí (kolem 1 m/s).

Dráha letu

Rakety startovaly kolmo k zemskému povrchu, ve výši 3 km se pootočily na úhel dráhy přibližně 45° a pohybovaly se jihovýchodním směrem (startovaly vždy z tehdejšího Cap Canaveralu). Přibližně po 145 vteřinách se odpojoval (ve výšce 58 km) I. stupeň. Současně se uváděl v činnost motor II. stupně a docházelo ke změně úhlu dráhy na 23,5°. Pohonné hmoty motoru II. stupně dohořely ve výšce asi 225 km (po 115 vteřinách). V tomto bodě dráhy začínal let setrvačností. Vyhořelý II. stupeň s III. stupněm a družicí dosáhl za 285 vteřin výšky 480 km (při prakticky nulovém úhlu dráhy - vzhledem k povrchu Země) a rychlost poklesla přibližně na 3800 m/s. V této výšce se oddělil III. stupeň od II. stupně, byl uveden do otáčivého pohybu a za 35 vteřin dosáhl rychlosti nezbytné k uvedení umělé družice Země na oběžnou dráhu. Tím okamžikem splnil pohonný systém své poslání a III. stupeň se oddělil od družice.

Družice

Dráha umělé družice byla vypočítána tak, aby dosahovala perigea ve výšce 320 km, apogea ve výšce 2200 km. Tato eliptická dráha byla zvolena proto, že umožňovala průzkum vysokých vrstev atmosféry i prostoru kolem Země v co nejširším pásu. Skutečná dráha družice (někdy nazývané - vzhledem k rozměrům - grapefruitovou družicí), úspěšně vypuštěné 17.3.1958, měla perigeum 656 km a apogeum 3950 km. Družice Vanguard I, o váze necelých 1,5 kg, měla tvar koule (o průměru 16,25 cm), aby ze změn rychlosti pohybu bylo možno usuzovat na hustotu prostředí. Jejím úkolem bylo měření teploty, zjištění hustoty prostředí a zkouška tzv. slunečních článků, které napájely (kromě normálních článků) vysílač.

První těžší družici, Vanguard II, se podařilo vyslat na oběžnou dráhu až 17. 2. 1959. Tato družice (koule o průměru 50,8 cm a váze 9,7 kg) byla mj. vybavena také infračervenými fotočlánky pro průzkum oblačnosti.

Třetí a poslední umělou družici vynesla raketa Vanguard na oběžnou dráhu (s apogeem 3748 km a perigeem 513 km) 18. 9. 1959. Družice Vanguard III, o váze 45 kg, měla mj. získat údaje o zemském magnetickém poli a také o radiačních pásech kolem Země.

Závěr

První americký projekt umělé družice, který nakonec nebyl ani jako první realizován (viz nosná raketa Juno I v příštím čísle), nebyl tedy příliš úspěšný. Přesto však přinesl mnoho poznatků, jichž se využilo při konstrukci dalších raket - zejména raket Scout, Thor-Able a Thor-Delta - a tak se, podle názoru oficiálních amerických míst, i přes vysoké náklady "vyplatil".

Jistě stojí za zmínku, že realizace celého projektu Vanguard si vyžádala více než 120 miliónů dolarů (cena jedné rakety asi 3,5 miliónu dolarů). V současné době se pohybuje cena podstatně mohutnější rakety Atlas kolem "pouhých" 1,5 miliónu dolarů.

VANGUARD (USA)

VanguardVývoj: 1955 - 1959
Použití: 1957 - 1959
Hmota rakety při startu: 10250 kg
Celková délka: 22 m
Maximální průměr trupu (těla): 1,15 m
Štíhlost: 1:19
Užitečně zatížení (umělá družice Země na oběžné dráze ve výšce 500 km): 10 kg (později až 25 kg)
Poměr váhy rakety při startu k váze užitečného zatížení: 1 : 1025
Počet stupňů: 3
Zadavatel vývoje: US Navy (námořnictvo USA)

I. stupeň:
řešitelé: Glenn L. Martin Co.
               General Electric (motor)
váha: 8050 kg
pohonné hmoty: typ KPH - kapalný kyslík, petrolej (kerosin), váha 7150 kg
tah motoru X 405 (při povrchu): 12 700 kp
délka: 12,2 m
maximální průměr: 1,15 m
rychlost na konci hoření (cca.): 1875 m/s
doba funkce: 145 s
konec hoření ve výšce (cca.): 58 km
konstrukce: motor - regenerativní chlazení, doprava KPH čerpadly, tryska v kardanovém závěsu, nádrže z hliníkových slitin; kostra s podélníky z hliníkové slitiny, potah z hořčíkových slitin (kovové části bodově svařeny)

II. stupeň:
řešitelé: Glenn L. Martin Co.
               Aerojet General Corp. (motor)
váha: 1970 kg
pohonné hmoty: typ KPH - kyselina dusičná, asymetrický dimetylhydrazin, váha 1600 kg
tah motoru AJ 10 - 37 (ve vakuu): 3450 kp
délka: 8,45 m
maximální průměr: 0,81 m
rychlost na konci hoření (cca.): 4150 m/s
doba funkce: 115 s
konec hoření ve výšce (cca.): 225 km
konstrukce: motor - regenerativní chlazeni, doprava KPH stlačeným plynem (použito helium), nádrže z nerez, plechů; ostatní konstruováno podobně jako u I. stupně
navádění: inerciální systém pro 3 úseky letu: s funkcí motoru I. stupně, s funkcí motoru II. stupně, pro let setrvačnosti po skončení funkce II. stupně

III. stupeň:
řešitelé: Glenn L. Martin Co.
               Aerojet General Corp.
               Grand Central Rocket Comp. nebo Alleghany Ballistic Laboratory (motor)
váha: 215 kg
pohonné hmoty: typ TPH, váha 180 kg
tah motoru X 248 (ve vakuu): 1400 kp
délka: 1,75 m
maximální průměr: 0,46 m
rychlost na konci hoření (cca.): 7600 m/s
doba funkce: 35 s
konec hoření ve výšce (cca.): 480 km

Poznámka: Všechny hodnoty mají pouze informativní charakter. Údaje z různých pramenů, se liší v dosti širokých mezích; pro přehled byly zvoleny hodnoty, které jsou nejpravděpodobnější a objevuji se nejčastěji.

Schéma dráhy letu nosné rakety VanguardSchéma dráhy letu nosné rakety Vanguard: 1 - konec kolmého vzestupu, 2 - odpojení I.st., 3/4 - let setrvačností, 4 - odpojení II.st., 5 - odpojení III.st. od družice

--------------------------------------------
Přepis článku: M.Filip
28.1.2008


Aktualizováno: 30.01.2008

[ Obsah | Články | O prvních amerických družicích Země | Program Explorer | Program Vanguard ]

Pokud není uvedeno jinak, jsou použité fotografie z NASA (viz. Using NASA Imagery) a dalších volně přístupných zdrojů.