Obsah > Aktuality > Články > O prvních družicích Země > NOSNÁ RAKETA SPUTNIK

NOSNÁ RAKETA SPUTNIK

Ing. BEDŘICH RŮŽIČKA, CSc.

Letectví + kosmonautika č.25 / 1977, str.985 - 986

Data sovětské nosné rakety, která v období od 4.10.1957 do 15.5.1958 dopravila do vesmíru první tři sovětské družice, nebyla dosud oficiálně zveřejněna.

(V tomto textu jsou uvedeny dostupné informace zveřejněné do r.1977, kdy článek vyšel v časopise L+K - pozn.M.F.)

Nicméně postupně se objevující dílčí technické údaje a řada publikací memoárového charakteru ukazují, že první kosmickou raketou se stala po drobných úpravách původní mezikontinentální balistická raketa (v kódu NATO Sapwood).

Název rakety, námi použitý, byl utvořen obdobné jako vžitá pojmenování dalších modifikací nosné rakety, tj. Vostok, Sojuz aj.

Zvláštní výbor pro Mezinárodní geofyzikální rok (MGR) se 4.října 1954 obrátil na vlády USA a SSSR s návrhem, aby k vědeckým účelům byla v průběhu této celosvětové akce (červenec 1957 - prosinec 1958) vypuštěna umělá družice Země.

Doporučení vypustit umělou družici bylo do tohoto dokumentu vsunuto na popud amerických zástupců ve zvláštním výboru pro MGR, neboť v tom viděli jedinou možnost, jak působit na vládu USA, aby se ujala projektu, přípravy a vypuštění družice. Mnohé problémy družic Země, byly již od roku 1951, kdy se ustavila Mezinárodní astronautická federace (IAF), probrány na kongresech této organizace, nebylo však v silách jednotlivých astronautických společností, tj. nevládních organizací, tento projekt uskutečnit.

Doporučení skutečně zapůsobilo. Po určitém váhání 28.7.1955 schválil americký prezident Eisenhower projekt vypuštění družice s příznačným názvem Vanguard (Předvoj). Den nato, 29. 7.1955, seznámil pak tiskový tajemník Bílého domu James C. Haggerty shromážděné novináře s některými podrobnostmi projektu a s plánem USA vypustit do dvou let umělou družici Země.

Dne 30.7.1955 vydal TASS stručnou zprávu, že i Sovětský svaz se zabývá projektem umělé družice Země. Zpráva měla svou odezvu v odborných kruzích, vedoucími politiky na Západě byla však vcelku hodnocena jako politický manévr.

Šestého kongresu IAF (Kodaň, září 1955) se zúčastnili poprvé jako pozorovatelé sovětští vědci, L. I. Sědov a K. F. Ogorodnikov. Akademik Sědov potvrdil ve svém vystoupení na kongresu - jinak věnovanému převážně projektu Vanguard -, že v SSSR se na projektech umělé družice Země skutečně pracuje, a prohlásil, že sovětská družice bude s největší pravděpodobností vypuštěna již v roce 1957. Přesto i toto prohlášení bylo považováno za politickou propagandu.

Ve skutečnosti už od roku 1950 pracovala na projektech umělých družic řada odborníků pod vedením profesora M. K. Tichonravova. Právě v roce 1955 byla tato skupina začleněna jako další odbor do konstrukční kanceláře S. P. Koroljova. Výsledkem práce tohoto kolektivu je mj. souhrnné dílo "Základy teorie letu a prvky projektování umělých družic Země", jež vyšlo v roce 1967 v Moskvě.

Na zasedání zvláštního výboru pro MGR v září 1956 znovu potvrdil sovětský plán vypuštění umělé družice Země viceprezident AV SSSR I. P. Bardin. V květnu 1957 sovětský astronom A. A. Michajlov uveřejnil v časopise Astronomičeskij žurnál článek, v němž doporučuje připravovat se na pozorování sovětské umělé družice s předpokládanou dobou oběhu půldruhé hodiny.

V předmluvě k překladu sborníku referátů ze sympozia o programu Vanguard (březen 1956), vydaném v květnu 1957 nakladatelstvím Sovětskoje rádio, se znovu zdůrazňuje, že SSSR má v úmyslu během MGR vypustit umělou družici Země.

V červnu 1957 byly v časopise Rádio uvedeny frekvence, na nichž budou vysílat sovětské družice. Dále se zde uvádějí doporučení pro příjem signálů profesionálními i amatérskými radiostanicemi. .

Po zahájení MGR prohlásil závazně tehdejší prezident AV SSSR Nesmějanov, že Sovětský svaz při této příležitosti vypustí družici. Bylo tedy k dispozici dostatek přesvědčivých údajů o sovětských plánech kosmického výzkumu, pravda bez bližších technických podrobností, aby západní veřejnost vzala vážně varování, že projektu Vanguard vyrůstá skutečná konkurence.

Teprve zpráva TASSu, uveřejněna 26.8.1957, že "v těchto dnech (3. 8.) byla v SSSR úspěšně vypuštěna dálková mezikontinentální vícestupňová balistická raketa," vyvolala rozruch především v západních vojenských kruzích. Odborníci si totiž dovedli spočítat, že stačí jen málo zmenšit hmotnost hlavice mezikontinentální balistické rakety - nahradit hlavici novým lehkým krytem a družicí - a SSSR bude mít k dispozici kosmickou raketu. Podle všech svědectví k tomuto kroku skutečně došlo -dalšího exempláře mezikontinentální rakety bylo využito jako nosného prostředku k vypuštění první umělé družice Země dne 4.10.1957.

Je pochopitelné, že se hledaly příčiny překvapujícího úspěchu Sovětského svazu.

Vedle rychle vyvrácených tvrzení, že vypuštění družice v SSSR bylo dílem náhody nebo, že SSSR získal podloudně podklady amerických kosmických raket, objevily se dlouhá léta tradované pověsti, že za svůj úspěch vděčí Sovětský svaz skupině německých odborníků, která do roku 1955 pracovala v SSSR. V rozhovoru s dopisovatelem UP 14.11.1957 prohlásil na adresu takových tvrzení N. S. Chruščov: "Někteří činitelé v USA prohlašují, že prý nám pomohli němečtí odborníci, které jsme zajali za druhé světové války. To je samozřejmě nesmysl. Vytvoření raketové techniky v Sovětském svazu je výsledkem rozvoje sovětské vědy a techniky, našeho průmyslu. Tyto úspěchy jsou pýchou sovětského lidu, našeho socialistického státu."

Pravděpodobně nejblíže pochopení skutečného stavu byl tehdejší americký prezident D. D. Eisenhower, který viděl původ sovětského předstihu v tom, že se v SSSR:
- vyškolí více vědců než v USA;
- preferuje základní výzkum daleko více než v Americe;
- veškerý výzkum a vývoj vědy a techniky centrálně plánuje a řídí, kdežto v USA neexistuje užší spolupráce ve výzkumu a vývoji raketové techniky ani mezi jednotlivými složkami armády.

Řada odborníků na celém světě se snažila o stanovení hlavních parametrů sovětské nosné rakety. V roce 1958 se např. tímto problémem zabýval v časopise Flugwelt inž. O. Schulze. Pro jím předpokládané dopravní číslo (~1000) vychází však hmotnost rakety příliš velká, v letech 1954-57 nerealizovatelná. Obdobně i v dalších článcích (např. Hobby 23/68) je uváděna řada předpokládaných typů sovětských kosmických raket se značně rozdílnými údaji.

Ve skutečnosti se základem sovětské kosmické techniky stala původní mezikontinentální dvoustupňová balistická raketa, poprvé úspěšně vyzkoušená 3.8.1957. Od prvního kosmického startu byla vypuštěna ve více než 500 exemplářích různých modifikací. V třístupňové verzi Vostok byla tato raketa veřejnosti poprvé předvedena na 27. pařížském aerosalónu v roce 1967.

Původní kosmická raketa byla ovšem dvoustupňová a výpočty, které jsme uskutečnili s využitím známých údajů, ukazují, že raketa byla schopna vynést na oběžnou dráhu družici o hmotnosti až 1500 kg při dostatečné rezervě charakteristické rychlosti. Naše předpoklady byly posléze potvrzeny v knize V. N. Bičkova a kol. "Kosmické raketové motory na KPH" (Znanie, Moskva 1976), kde se na str. 13 přímo hovoří o první kosmické raketě jako o dvoustupňové. První stupeň tvoří čtyři skupiny čtyřkomorových kapalinových raketových motorů s charakteristickými kuželovými nádržemi, soustředěné kolem centrálního tělesa, jež tvoří druhý stupeň rakety. Při startu pracují motory prvního i druhého stupně současně. Tato koncepce nebyla ve své době ojedinělá - setkáme se s ní např. i u americké rakety Atlas. (V literatuře jsou obdobné konstrukce nazývány jedenapůlstupňovými raketami.) Druhý stupeň byl opatřen kuželovým krytem užitečného zatížení. Tvar krytu se eventuálně poněkud měnil. V knize P. Stacheho "Raumfahrttrager-raketen" (Transpressverlag, Berlín 1973) je uvedena fotografie této rakety s válcovým zakončením aerodynamického krytu. Podobný náčrtek nalezneme i v knize.Gorského a Krotova "Raketnoje modelirovanie" (DOSAAF, Moskva 1973, str. 158-160) se zřejmě mylným údajem, že jde o raketu pro průzkum horní atmosféry, jež byla používána od roku 1949. Dalším důkazem o dvoustupňovém uspořádání první kosmické rakety je skutečnost, že při startu Sputniku 2 se záměrně nebo v důsledku poruchy neoddělila družice od druhého stupně nosné rakety a po oběžné dráze se pak pohybovalo těleso, překvapující pozorovatele svými rozměry (podle pozorování D. King-Hele asi 3 x 30 m).

Nejvíce informací bylo uveřejněno o použitých raketových motorech. Vznikly pod vedením akademika V. P. Gluška v konstrukční kanceláři GDL-OKB jako výsledek dlouholetých experimentálních prací v letech 1954 až 1957. Konstruktéři se poučili z dosavadních výsledků, rozeznali omezené možnosti dalšího rozvoje konstrukční a technologické koncepce motoru použitého u rakety A-4 (V-2) a vykročili novými cestami. Místo masivní svařované spalovací komory přešli na smíšenou pájenou a svařovanou konstrukci. Ke zhotovení části vnitřní stěny motorů bylo použito tenkých plechů z měděných slitin, tedy materiálů o menší pevnosti, avšak s vynikající tepelnou vodivostí. Namáhání při činnosti raketového motoru pak zachycuje vnější plášť, vyráběný z legovaných ocelí o velké pevnosti. Přijatá konstrukční koncepce dovolila podstatně zvýšit pracovní tlak ve spalovací komoře, dosáhnout vyšší účinnosti pracovního procesu, použít energeticky výhodnějších palivových kombinací a podstatně snížit měrnou hmotnost raketového motoru (z dosud běžné hodnoty 1,734 kg/kN na 1,125 kg/kN).

Dvoustupňová raketa Sputnik je poháněna raketovými motory RD-107 (1. stupeň) a RD-108 (2. stupeň). Oba typy mají podobné charakteristiky, protože konstruktéři byli vedeni snahou po maximální unifikaci. Motory jsou - což je pro sovětskou konstrukční školu dodnes charakteristické - čtyřkomorové s jedním centrálním turbočerpadlem pro každou skupinu. Motory RD-107 jsou doplněny vždy dvěma řídicími motory, které se mohou vychylovat v jedné rovině až o 45°. Centrálně uložený motor druhého stupně RD-108 má tyto řídicí motory čtyři.

Dodávka KPH je zajišťována čerpadly poháněnými paroplynovou turbínou - paroplyn (směs vodní páry a kyslíku o teplotě 833 K a tlaku 5,394 MPa) se získává katalyzovaným rozkladem H2O2 v množství 9 kg/s ve zvláštním generátoru. Odpadní plyn (473 K, 0,147 MPa) je veden do trysek - získává se doplňkový tah 6,864 kN. Turbína má výkon 3880 kW při otáčkách 8300/min a jí poháněná čerpadla jsou schopna dodávat 208 kg O2 o tlaku 7,85 MPa a 84 kg petroleje o tlaku 9,32 MPa jednak přímo do spalovací komory (O2), jednak do kolektoru a odtud do chladicího traktu raketového motoru (palivo). Další přibližně 32 kg KPH jsou dodávány do spalovacích komor řídicích raketových motorů. Uplatněné regenerativní chlazení je velmi účinné, v nejvíce exponovaném místě nepřesahuje teplota vnitřní stěny spalovací komory 653 K, ačkoliv směs O2/petrolej se spaluje při teplotě 3523 K. Na výstupu z trysek mají spalné plyny teplotu 1963 K a jejich tlak klesne z 5,88 MPa na 0,039 MPa. Na úkor tlakového a tepelného spádu získávají plyny výtokovou rychlost 2950 m/s (specifický impuls je pak 3080 Ns/kg). Jako jedna z výhod vícekomorových raketových motorů se uvádí (kromě menší stavební výšky a usnadnění vývojových prací) možnost dosáhnout nižší hmotnosti - hmotnost motoru RD-107 spolu se všemi doplňkovými částmi (turbočerpadlový agregát s generátorem, silový rám aj.) obnáší 1155 kg, RD-108 je o něco těžší - 1250 kg.

Motory prvého i druhého stupně zahajují činnost současně, 4 skupiny motorů RD-107 pracují však pouze 120-130 s. Pak se první stupeň ve výšce 50 km při rychlosti 3200 m/s oddělí. Motor RD-108 druhého stupně rakety pokračuje po ještě přibližně 180 s v činnosti a udělí raketě s družicí potřebnou první kosmickou rychlost.

První umělá družice Země (popis viz L + K, 53, 1977 č. 20, s. 774) byla poměrně jednoduché konstrukce, z dnešního hlediska plnila funkci tzv. technologické družice - přesto však byly při jejím letu získány údaje o hustotě zemské atmosféry ve velkých výškách, o vlivu ionosféry na šíření rádiových signálů z vysílačů na palubě družice aj.

Družice byla umístěna v přední části pevného aerodynamického krytu (kužel o úhlu 40°). Kloubově otočné antény o délce 2,4 a 2,9 m byly složeny podél vnější stěny krytu a upevněny příchytkami. Kuželové zakončení aerodynamického krytu se odhazovalo stlačenými pružinami rychlostí 0,643 m/s v okamžiku separace družice od nosné rakety.

Družice sama se od rakety oddělovala pneumatickým zařízením, které jí při tom udělilo rychlost 2,73 m/s.Toto zařízení bylo zdvojeno pyrotechnickým ústrojím, které mohlo dát družici rychlost 1,45 m/s.

Aby se zcela vyloučila možnost střetu družice s nosnou raketou v okamžiku oddělení, byla nosná raketa brzděna reaktivním účinkem tlakového plynu z nádrže okysličovadla, vytékajícího otvory v horním dně nádrže.

První umělá družice Země, která svými rozměry (průměr 0,58 m, hmotnost 81 kg, viz příspěvek L+K 53, 1977 č. 20, s. 774) překvapila vědce celého světa, byla vyvedena na oběžnou dráhu o parametrech 228 - 947 km dne 4.10.1957. Její dva vysílače pracovaly 14 dní do vyčerpání zdrojů. Vlivem brzdění družice v perigeu se původní doba obletu (96,2 min) zkracovala v průměru o 1,8 s denně. Za 92 dny po startu, 4. 1. 1958, družice zanikla v hustých vrstvách atmosféry. Avšak v té době již létala druhá sovětská družice - první biosatelit s pokusným psem Lajkou na palubě - a pokračovaly přípravy na vypuštění třetí družice této série.

Roky, které uplynuly od onoho historického data, přinesly nesmírné výsledky a užitečnost kosmonautiky pro náš pozemský život je již dnes nabíledni. Přesto však nelze nikdy zapomenout, že cestu ke všem pozdějším úspěchům ukázala ona malá umělá hvězda, jejíž pípání bylo signálem k útoku lidstva na vesmír.

Sputnik

(SSSR)

TECHNICKÁ DATA

Vývoj: 1954-1957
Použití: 1957-1958
Celková délka: 32,0 m
Maximální průměr: 2,95 m
Hmotnost rakety při startu: 276,7 - 280,0 t
Nosná kapacita: asi 1,5 t
Počet stupňů: 2
Zadavatel vývoje: AV SSSR

1. STUPEŇ
Řešitelé: GDL-OKB, státní průmysl SSSR
Hmotnost stupně: 178 600 kg
Hmotnost konstrukce: 4 X 4500 kg
Délka: 19,0 m
Maximální průměr: 3,0 m
Rozpětí: celkem 10,3 m
Typ motoru: 4 x RD-107
Pohonné hmoty: kapalný kyslík - petrolej
Obsah pohonných hmot: 160 000 kg
Tah motoru: v nulové výšce 4 X 1,0006 MN
Specifický impuls: v nulové výšce 3080 Ns/kg
Sekundová spotřeba: 4 x 325 kg/s
Doba funkce: 120 s
Rychlost na konci hoření: 3200 m/s
Výška: 50 km

2. STUPEŇ
Řešitelé: GDL-OKB, státní průmysl SSSR
Hmotnost stupně: 98 100 - 99 400 kg
Hmotnost konstrukce: 6500 kg - Bez užitečného zatížení
Délka: 28,0 m
Maximální průměr: 2,90 m
Minimální průměr: 2,20 m
Typ motoru: RD-108
Pohonné hmoty: kapalný kyslík - petrolej
Obsah pohonných hmot: 91 500 kg
Tah motoru: v nulové výšce 0,942 MN
Specifický impuls: v nulové výšce 3090 Ns/kg
Sekundová spotřeba: 305 kg/s
Doba funkce: 300 s
Rychlost na konci hoření: asi 8400 m/s
Výška: 225 km


Obr. 1. Kuželový tvar aerodynamického krytu družice na nosné raketě Sputnik a horní plošiny obslužné věže

Obr. 2. Sputnik : Barevné schéma nosné rakety : První a druhý stupeň rakety šedý nátěr (tzv. holubí šeď), trysky a části raketových motorů jasně červené, kryty raketových motorů a tepelné štíty stříbrné (leštěný dural), hlavice (kryt umělé družice) bílá

Obr. 3. Řez nosnou raketou Sputník:
1 - nádrž kapalného kyslíku (1. stupně);
2 - nádrž paliva (1. stupně);
3 - stabilizátor;
4 - motorová skupina RD-107;
5 - nádrže hélia;
6 - přívod vzduchu k zásobníku;
7 - motorová skupina RD-108 (2. stupně);
8 - řídicí (výkyvně uložené) motory;
9 - silový rám;
10 - nádrž kapalného kyslíku (2. stupně);
11 - nádrž paliva (2. stupně);
12 - nádrže hélia;
13, 14 - horní a dolní uchycení 1. stupně;
15 - elektronické zařízení řídicího systému;
16 - kabelový rozvod (kryt);
17 - družice;
18 - separační zařízení;
19 - spodní část aerodynamického krytu;
20 - odhazovací část krytu

--------------------------------------------
Přepis článku: M.Filip
30.9.2007


Aktualizováno: 04.10.2007

[ Obsah | Články | O prvních družicích Země | Program Sputnik ]

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