Obsah > Aktuality > Články > O prvních amerických družicích Země > Nosná raketa Juno 1

JUNO 1

Rakety 2

Snímky a originály kreseb: NASA

Inž.Bedřich Růžička, CSc.

Křídla vlasti č.15/1964 str.501-503

Juno 1Když 6. prosince 1957 zanikly v plamenech hořící rakety Vanguard americké naděje na vypuštění umělé družice ještě v témž roce, začalo se ještě s větším úsilím pracovat na dokončení nosné rakety Juno 1.

Ať již byly důvody pro přednostní vývoj nosné rakety Vanguard jakékoli, zůstává skutečností, že se na úspěchu první americké družice rozhodující měrou podílel hitlerovský raketový odborník dr. Braun s celou skupinou svých spolupracovníků z Peenemünde.
Vývoj nosné rakety Juno 1 začal v podstatě již v roce 1954, kdy se armáda a námořnictvo dohodly na projektu vícestupňové nosné rakety podle programu Orbiter. Vedoucím byl jmenován George Hoover z Úřadu pro námořní výzkum (Office of Naval Research). Podle původního projektu měla nosnou raketu Juno 1 tvořit v prvním stupni raketa Redstone, druhý stupeň se měl skládat z pěti a třetí z jednoho raketového motoru "Loki" (TPH). Počítalo se, že tato raketa bude schopna vynést na oběžnou dráhu 2,27 kg těžkou družici. Program Orbiter byl však v květnu 1955 zastaven ve prospěch dalšího vývoje rakety Vanguard; příčiny tohoto rozhodnutí označuje oficiální americká literatura jako "tajemné a nejasné". Američané snad předpokládali, že se jim podaří vypustit družici raketou americké konstrukce, bez pomoci odborníků bývalé "třetí říše"; snad zde hrálo určitou úlohu příliš těsné spojení programu Orbiter s vojenským výzkumem, snad mocenské zájmy monopolů, kdož ví... Faktem zůstává, že se vypuštění družice Orbiter, plánované na léto či podzim 1957, neuskutečnilo, a že se nepodařilo dohnat vzniklé zpoždění.

Vedoucí vývoje armádního střediska pro balistické střely (Army Ballistic Missile Agency) v Huntsvillu dr. Braun však pokračoval v práci na nosné raketě Juno souběžně s vývojem raket Redstone (v létech 1951-1955) a Jupiter.

Při zkouškách verze Jupiter C v roce 1956 bylo dosaženo doletu přes 2500 km a dostupu kolem 640 km; dolet a dostup se podařilo ještě dále zvětšit zmenšením užitečného zatížení na 36 kg. Tyto úspěchy byly snad důvodem pro obnovení práce na projektu nosné rakety, jehož vedoucím se stal dr. William H. Pickering (Jet Propulsion Laboratory); odpovědnost za celkovou koncepci rakety a za vývoj prvního stupně měl Wernher von Braun.

Práce skupiny byla nakonec korunována úspěchem: nosná raketa Juno 1 dopravila dne 31. ledna 1958 ve 22 hodin 55 minut (amerického času) na oběžnou dráhu kolem Země první americkou družici Explorer 1.

V dřívějších zprávách se označovala nosná raketa Juno 1 jako Jupiter C. Tuto nepřesnost nutno uvést na správnou míru. Raketa Jupiter C sloužila ke zkouškám součástí vyvíjené vojenské rakety Jupiter a k výzkumu různých problémů kolem vstupu bojových hlavic do hustých vrstev atmosféry. I když se v podstatě lišila od rakety Juno 1 jenom nepatrně, byl tu jeden důležitý rozdíl: Jupiter C byla třístupňová raketa, kdežto Juno 1 měla stupně čtyři.

Nosná raketa

Juno 1Prvním stupněm byla upravená raketa Redstone; zvětšením objemu nádrží se prodloužila doba funkce motoru na 156 vteřin. Použitím výkonnějšího paliva (hydrazinu), které nahradilo etylalkohol, se zvětšil i tah motoru ze 34 000 kp na 37 650 kp. Raketu vyrobila firma Chrysler, motor zhotovil podnik North American Aviation (typové označení motoru - Rocketdyne A 6). Kapalná pohonná hmota se dopravovala čerpadly, poháněnými turbínou o výkonu 780 k. V kuželovém zakončení prvního stupně bylo umístěno naváděcí zařízení a plošina, k níž byly otočně připevněny další tři stupně. První stupeň - řízený plynovými kormidly, obdobně jako německá raketa V-2 (A-4) - měl čtyři stabilizátory.

Druhý stupeň tvořilo jedenáct motorů "Recruit" (TPH), umístěných po obvodu zmíněné plošiny. Mezi tyto motory byl zasunut svazek tří stejných pohonných jednotek třetího stupně, k nimž byl připojen motor čtvrtého stupně, pevně spojený s družicí. Druhý a třetí stupeň byly opatřeny válcovým krytem, z něhož vyčníval obal čtvrtého stupně o menším průměru. Všechny stupně byly stabilizovány rotací, do níž byly uváděny již před startem. V době funkce prvního stupně se zvyšoval počet otáček z původních 560 ot/min na 750 ot/min. Horní stupně rakety se uváděly do rotace dvěma elektromotory, umístěnými v hořejší části řídicího úseku prvního stupně.

Dráha letu

Raketa, vypouštěná kolmo vzhůru, dosahovala po 156 vteřinách, v době kdy dohořel motor prvního stupně, výšky kolem 96 km. Těsně před skončením funkce motoru prvního stupně nakláněla se raketa působením řídicích orgánů v úhlu 40° k horizontu; řídicí zařízení a horní stupně rakety se oddělovaly 5 vteřin po skončení funkce prvního stupně. Tzv. jemné navedení do požadovaného směru zabezpečovalo osm tangenciálních trysek, jimiž proudil stlačený vzduch. Za 400 vteřin po startu, ve výšce 320-350 km, se zažehoval (na rádiový povel ze Země) druhý stupeň rakety, pak třetí a konečně čtvrtý stupeň, jenž udělil družici konečnou oběžnou rychlost kolem 29 000 km/h.

Družice

Obíhající těleso válcového tvaru (průměr 15,2 cm, délka 203 cm - z toho 120 cm vyhořelý motor IV. stupně) vážilo celkem 13,96 kg - družice Explorer 1 pouze 8,22 kg a přístroje jenom asi 4,8 kg. K přístrojovému vybavení patřily snímače teploty na povrchu i uvnitř družice, registrační mikrofony, dále tzv. erozní snímače (pro zaznamenávání srážek s mikrometeority) a zařízení měřící intenzitu kosmického záření. Dva vysílače (108,3 a 108 MHz o výkonu 60 mW a 10 mW) předávaly údaje pozemním stanicím.

Závěr

V průběhu roku 1958 uskutečnili Američané celkem šest startů s nosnou raketou Juno 1. Úspěšné byly však pouze tři. Protože nebylo možno zvýšit užitečné zatížení nad 20 kg a protože další plánované pokusy vyžadovaly silnější pohonné jednotky, vystřídaly koncem roku 1958 tuto první úspěšnou americkou nosnou raketu další konstrukce.

Řez nosnou raketou Juno 1Řez nosnou raketou Juno 1: 1 - plynová kormidla, 2 - kormidla, 3 - aerodynamické stabilizátory, 4 - motor I. st., 5 - turbočerpadlový agregát, 6 - nádrže KPH, 7 - nádrž stlačeného vzduchu, 8 - řídicí aparatura, 9 - 11 motorů II. st., 10 - 3 motory III. st., 11 - motor IV. st., 12 - družice Explorer 1

JUNO 1 (USA)

Vývoj: 1954 - 1958
Použití: 1958
Hmota rakety při startu: 28 458,5 kg
Celková délka: 21,03 m
Maximální průměr trupu: 1,78 m
Rozpěti stabilizátorů: 3,66 m
Užitečné zatížení (umělá družice Země): průměrná hmota 15,2 kg (přístroje 4,8 kg)
Váhové číslo: 1872 (resp. 5892)
Počet stupňů: 4
Zadavatel vývoje: US Army (armáda USA)

1. stupeň:
řešitelé: Jet Propulsion Laboratory
               Army Ballistic Missile Agency
               Redstone Arsenal (Huntsville, Alabama)
               Chrysler Corp.
               North American Aviation Inc. (motor)
hmota (cca.): 26 500 kg
délka: 17,10 m
maximální průměr: 1,78 m
rozpětí stabilizátorů: 3,66 m
pohonné hmoty: KPH - nesymetrický dimetylhydrazin (Hydine), kapalný kyslík
obsah pohonných hmot (cca.): 20-22 000 kg
tah motoru Rocketdyne A6: 37 650 kp
doba funkce: 155-157 s
sekundová spotřeba (cca.): 140 kg/s
specifický impuls (cca.): 267 kps/kg
rychlost na konci hoření: 3000 m/s
konec hoření ve výšce: 96 km
konstrukce: nosníková poloskořepina se zavěšenými nádržemi; regenerativně chlazený motor s dodávkou KPH čerpadly (čerpadla poháněna turbínou, pracující s paroplynem získaným rozkladem H2O2); řízení aerodynamickými vnějšími a plynovými vnitřními kormidly (v podstatě byla raketa zvětšenou kopií německé rakety A-4 (V-2)
navádění: programová inerciální naváděcí soustava (výrobek firmy Ford Instrument Co.)

2. stupeň:
řešitelé: Jet Propulsion Laboratory
               Thiocol (motor)
hmota (cca.): 500-600 kg
délka: 1,37 m
maximální průměr: 0,76 m
pohonné hmoty: TPH
obsah pohonných hmot (cca.): 200kg(?)
tah motorů Recruit (11 x 725 kp): 7960 kp
doba funkce: 6 s
sekundová spotřeba (cca.): 34kg/s(?)
specifický impuls (cca.): 200 kps/kg
rychlost na konci hoření: -
konec hoření ve výšce: 320 km
konstrukce: svazek motorů umístěn po obvodu II. stupně, obal z lehkých slitin; II. stupeň připevněn střižnými kolíky k otočné základně na vrcholu I. stupně; zážeh motoru na povel ze Země

3. stupeň:
Juno 1řešitelé: Jet Propulsion Laboratory
               Thiocol (motor)
hmota (cca.): 150 kg
délka: 1,37 m
maximální průměr: 0,45 m
pohonné hmoty: TPH
obsah pohonných hmot (cca.): 60 kg
tah motorů Recruit (3 x 725 kp): 2175 kp
doba funkce: 6 s
sekundová spotřeba (cca.): 10 kg/s
specifický impuls (cca.): 200 kps/kg
rychlost na konci hoření: -
konec hoření ve výšce: 350 km
konstrukce: svazek motorů uložen uvnitř svazku motorů II. stupně na otočné základně; motory se zažehovaly 2 vteřiny po dohoření motorů II. stupně (přičemž se oba stupně oddělovaly)

4. stupeň:
řešitelé: Jet Propulsion Laboratory
               Thiocol (motor)
hmota: 50 kg
délka: 2,03 m
maximální průměr: 0,152 m
pohonné hmoty: TPH
obsah pohonných hmot (cca.): 20 kg
tah motoru Recruit: 725 kp
doba funkce: 6 s
sekundová spotřeba (cca.): 3,3 kg/s
specifický impuls (cca.): 200 kps/kg
rychlost na konci hoření: 8180 mls
konec hoření ve výšce: 365 km
konstrukce: motor čtvrtého stupně pevně spojen s družicí; na motoru umístěna část vědecké aparatury k registraci nárazů mikrometeoritů; IV. stupeň se odděloval při zážehu motoru, 2 vteřiny po skončeni funkce motorů III. stupně; družice z nerez. oceli pokryta (pro zvýšení tepelné odolnosti) pásy z Al2O2, a špička družice ještě speciálním tepelně odolným povlakem

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.

PŘEHLED POKUSŮ O VYPUŠTĚNÍ UMĚLÝCH DRUŽIC NOSNÝMI RAKETAMI JUNO 1

Název (mezinár. označení)

Den vypuštění

Oběžná dráha (počáteční parametry)

Váha družice, popř. užit. zatížení *(kg)

Zánik družice

Poznámka

Sklon (°)

perigeum (km)

apogeum (km)

Doba oběhu (min.)

Explorer 1 (1958-001A)

1.2.1958

33,34

361

2530

114,8

13,96  *4,80

31.3.1970

Objev vnitřního radiačního pásu Země (vnitřního Van Allenova pásu pronikavého zářeni)

Explorer 2

5.3.1958

x

x

x

x

8,5

x

Selhal II. stupeň

Explorer 3 (1958-003A)

26.3.1958

33,4

195

2820

115,87

14,1  *4,90

28.6.1958

Výzkum radiačních pásů Země a výskytu mikrometeoritů

Explorer 4 (1958-005A)

26.7.1958

50,29

262

2220

110,27

17,4  *8,25

23.10.1959

Výzkum radiačních pásů Země

Explorer 5

24.8.1958

x

x

x

x

17,4

x

Závada  při oddělování I. stupně

Beacon 1

23.10.1958

x

x

x

x

14,2

x

Předčasně se oddělil nezažehnutý IV. stupeň

Křídla vlasti č.15/1964, str.503

Schéma dráhy letu nosné rakety Juno 1Schéma dráhy letu nosné rakety Juno 1: 1 - konec funkce motoru I.st., 2 - odpojení I.st., 3 - zážeh motorů II.st., 4 - zážeh motorů III.st., 5 - zážeh motoru IV.st., 6 - uvedení družice na oběžnou dráhu

--------------------------------------------
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.