Pro časopis Letectví a kosmonautika zpracoval: Antonín VÍTEK, SPACE (L+K č. 13 / 1968)

Snímky: NASA

Tak jako byl let prvního Saturnu V nečekaným a úplným úspěchem, znamenala repríza hluboké zklamání — při letu AS-502 nebyl splněn žádný z hlavních úkolů.

Po řadě odkladů startoval Saturn V AS-502, s velitelskou a pomocnou sekcí kosmické lodi Apollo výrobní číslo 020, dne 4. dubna 1968, přesně ve 13 hodin z rampy A komplexu 39. První stupeň SI-C pracoval přesně; po 148 vteřinách, o pouhou vteřinu později proti letovému plánu, ve výši 62 km a při rychlosti 2 730 m/s se vypnuly jeho motory. Po přibližně dvouvteřinové přestávce, ve které brzdicí rakety odddělily první stupeň od druhého, naskočilo bezvadně všech pět motorů Rocketdyne J-2 druhého stupně S-II. Vzápětí však nastaly komplikace.

Původně bylo plánováno, že druhý stupeň poběží 369 vteřin. Od začátku práce stupně pozorovali technici neustálý vzrůst tlaku v hydraulice vychylování motoru číslo 2. V T + 318,4 vteřiny po startu však došlo k prudkému poklesu tahu motoru číslo 2, a to o půl třetí tuny. Po dalším poklesu automatika zahájila sekvenci vypojení motoru č. 2, ale signál šel místo toho i k motoru č. 3, který tři vteřiny po motoru č. 2 zhasl také (motor č. 2 v T + 00.06.52, č. 3 v T + 00.06.55). Řídicí počítač Saturnu V přešel na alternativní letový plán, který znamenal prodloužení funkce motorů druhého stupně o 58 vteřin, tj. až do úplného spotřebování paliva.

Pak, po pěti vteřinách, zahájil práci třetí stupeň — SIV-B — který měl původně pracovat 2 minuty a 21 vteřinu. Aby bylo dosaženo první kosmické rychlosti, bylo však nutno jeho práci prodloužit proti plánu o 29 vteřin. To současně znamenalo, že plánovaná spotřeba paliva bude překročena asi o 10 tun, takže nebude možno vyslat kosmickou loď na simulovanou dráhu k Měsíci.

Také parametry oběžné dráhy doznaly podstatných změn. Původně měla být kosmická loď spolu s posledním stupněm navedena na kruhovou parkovací dráhu ve výši 185 km. Skutečná dráha však měla perigeum 178 km a apogeum 363 km.

V důsledku změněné parkovací dráhy se posunul i okamžik plánovaného znovuzapálení třetího stupně, a to z T + 03.10.09 na T + 03.13.34. Pro nedostatek paliva již pochopitelně nebylo možno dosáhnout plánovaného apogea 520 000 km. Restart motoru třetího stupně se ale nakonec stejně nepodařilo uskutečnit. Proto ředitel letu Clifford E. Charlesworth znovu změnil letový plán. Velitelská a pomocná sekce se oddělily od posledního stupně a motorem pomocné sekce byla kosmická loď převedena na excentrickou dráhu s apogeem ve výši 22 274 km, tedy skoro přesně na takovou dráhu, po které se měla nakonec pohybovat podle původního plánu. Manévr, jímž bylo dráhy dosaženo, se však podstatně lišil od původně proponovaného. Po předpokládaném navedení na translunární dráhu měl být totiž zapálením motoru SPS na 189 vteřin ve funkci brzdicího motoru simulován “nouzový přistávací manévr". Místo toho bylo nutno nahradit nepracující třetí stupeň zapálením motoru SPS na 445 vteřin. Tím bylo vyčerpáno prakticky všechno palivo (zbylo jej ještě na dvacet tři vteřiny funkce motoru), takže již nebylo možno — jak vyžadoval původní plán — zvýšit rychlost vstupu do atmosféry. Na druhé straně znamenala tato operace nejdelší nepřetržitou práci motoru pomocné sekce. Apogeem proletěla kosmická loď Apollo VI v T + 06.19.

Po dalších třech a půl hodinách vstoupila kosmická loď do atmosféry rychlostí 9 990 m/s, tedy podstatně vyšší než je první, ale nižší než plánovaná druhá kosmická rychlost. V T + 09.56 přistála kabina do Tichého oceánu, 370 km západoseverozápadně od původně plánovaného bodu dopadu (27,2 N, 157,1 W).

Ani jeden ze tří hlavních úkolů pokusu — vyzkoušení nosné rakety, restart a navedení na translunární dráhu a návrat lodi druhou kosmickou rychlostí — nebyl splněn. Na druhé straně je však třeba přiznat, že nosná raketa prokázala bezpečnou funkci i při vysazení dvou motorů (teoreticky s jedním vysazeným motorem mohla dát dokonce plný výkon). Vlastní kosmická loď, vybavená tentokrát již novým průlezem, snesla bez poškození návrat do atmosféry. Pouze po přistání na vodu se převrátila a záchranné jednotky ji musely obrátit pomocí nafukovacích plováků. Klimatizační systém lodi pracoval uspokojivě; ačkoli teplota uvnitř lodi nebyla řízena, držela se během letu na dráhu na 18 °C a později klesla na 13,5 °C.

Po letu se pochopitelně hlavní pozornost techniků obrátila na závady na nosné raketě. Dokonce i první stupeň “měl mouchy". Rozbor telemetrických údajů ukázal, že v posledních třiceti vteřinách práce prvního stupně překročily vibrace v kosmické lodi konstrukční limit. Šlo o rezonanční zesílení vibrací motorů, efekt známý i z prvních pokusů s nosnou raketou Titan II v projektu Gemini (tzv. pogo effect). Tlak ve spalovacích komorách motorů F-1 totiž pulzuje s frekvencí 5,3 Hz a jednak konstrukcí, ale hlavně prostřednictvím sloupce paliva v potrubí, se přenáší na trup nosné rakety. Vlastní rezonanční frekvence Saturnu V je při startu asi 4 Hz; po spotřebování paliva v prvním stupni stoupne na necelých 6 Hz. Přibližně v T + 126 vteřin má hodnotu právě těch 5,3 Hz a začne rezonovat. Efekt se přirozeně znásobí, kmitají-li všechny motory ve fázi, jak tomu bylo tentokrát. Při celkovém zrychlení 3,7 g činilo vibrační zrychlení v kosmické lodi ±0,7 g (povolený limit je ±0,5 g). Takovéto vibrace by naprosto znemožnily astronautům odečítat hodnoty z palubní desky a manipulovat s přepínači. Technici uvažují o dvou eventuálních možných řešeních: Podle jednoho návrhu by se do paliva u dvou motorů F-1 vstřikovalo plynné hélium. Tím by se jednak snížila tuhost sloupce kapaliny a za druhé by se u těchto dvou motorů změnila frekvence pulzací tlaku (analogické “rozladění" motorů u letadla). Druhy návrh předpokládá zařadit do potrubí expanzní komůrku, ve které by byl přerušen laminární proud kapaliny. Tato komůrka by představovala “tlumič" v přenosu vibrací na konstrukci rakety.

S problémem vibrací pravděpodobně souvisí i ne zcela vysvětlené objevení dvou plochých úlomků, které se oddělily v T + 00.02.13 od krytu měsíční sekce (SLA). Na fotografiích, pořízených sledovacími kamerami, byly nalezeny dva obdélníkové kusy materiálu, jejichž rozměry odhadují technici na 60 až 120krát 120 až 180 cm, bílé barvy, pravděpodobně korkové izolace pokryté vrstvou epoxydového laku.

Rozbor telemetrie druhého stupně přinesl řadu překvapivých odhalení. Od T + 225 vteřin se začala snižovat teplota v okolí motoru č. 2 a tato studená vlna se šířila pomalu celým motorovým prostorem. V T + 260 vteřin poklesl poprvé tlak ve spalovací komoře z nominální hodnoty 55 at na 54,5 at. V T + 318 vteřin poklesl tlak prudce na 53,4 at a potom se držel na této hladině až do T + 412,3, kdy znovu poklesl o 0,7 at. V tomto okamžiku automatika zahájila vypínání motoru, které bylo ukončeno v T + 412,8.

Jak ukázal celkový rozbor a pozemní simulace, způsobila pokles tlaku ve spalovací komoře prasklá trubka přívodu vodíku do zážehové komůrky. Na vlastní spalovací komoře motoru J-2 je umístěna malá komůrka s dvěma zapalovacími svíčkami a se samostatným přívodem kyslíku a vodíku. Při rozběhu motoru je palivo a okysličovadlo nejprve přivedeno do této komůrky a v ní zapáleno. Žhavé plyny potom zapálí i směs v hlavní spalovací komoře. Současně s motorem pracuje i zážehová komůrka. Přívod kapalného vodíku zajišťuje ocelová trubka o průměru 16 mm, rozdělená na dvě části ocelovým měchem (nutnost ohebnosti konstrukce kvůli hydraulickému vychylování motorů). Prasklinou v trubce unikal studený plynný vodík. To se projevilo jako putující studená vlna v motorovém prostoru. Studený vodík také proudil přes hydrauliku motoru č. 2, stupala viskozita oleje, což se v telemetrii projevilo jako růst tlaku.

Záhadné vypnutí motoru č. 3 se vysvětlilo velmi prostě: při dokončování stupně S-II-2 bylo na základě zkušeností z pozemních zkoušek rozhodnuto přemístit cívky elektromagnetického ovládání ventilů uzavírajících palivová potrubí, na vnější okraj konstrukce motorů, kde by byly méně vystaveny vibracím. Při demontáži a opětné montáži kabelů došlo k chybě v jejich označení a tak se stalo, že kabel, který měl být připojen k cívce ventilu na vodíkovém potrubí motoru č. 2, byl připojen k cívce ventilu kyslíkového potrubí motoru č. 3. Na tuto chybu se nemohlo při pozemních zkouškách přijít.

Je vskutku pozoruhodné, že příčina selhání restartu třetího stupně je naprosto identická se závadou motoru č. 2 na druhém stupni. Také zde došlo k prasknutí vodíkového potrubí u zážehové komůrky. Unikající ledový vodík způsobil zatuhnutí oleje v hydraulice a především v obou pumpách — hlavní i záložní. Před restartem nebylo tedy možno tyto pumpy “rozběhnout" a kromě toho nebylo možno dodávat vodík do zážehové komůrky. Zajímavá je také ta okolnost, že se na této součástce ani při jednom pozemním pokusu mechanická závada neprojevila, podobně jako při všech předchozích letových pokusech v celkovém trvání přes 3 800 vteřin.

Firma Rocketdyne, výrobce motorů J-2, má však již delší dobu ve vývoji zlepšený model tohoto motoru s tahem 93 t místo dosavadních 90,5 t. U tohoto modelu jsou přívodní potrubí zesílena a ohebné části jsou rozděleny na dva díly. Vedení projektu Apollo rozhodlo vyměnit staré přívodní trubky novými i u starých verzí motoru J-2 u všech raket Saturn připravovaných k letu.

Příčiny neúspěchu byly tedy odhaleny a jak se zdá, jejich odstranění nebude příliš obtížné. Proto počátkem května doporučil manažér projektu Apollo gen. Samuel Phillips, aby AS-503 již letělo s posádkou. O několik dní později tento návrh schválil i ředitel NASA James Webb. Hlavním důvodem bude asi těch 280 miliónů dolarů, které stojí jeden start Saturnu V ...

Poznámka: s plánovanou náplní nejbližších pilotovaných letů projektu Apollo — AS-205 a AS-503 vás seznámíme v nejbližších číslech. (viz. L+K č.15/1968 str.628 - Jízdní řád Apolla)

Fotografie k článku ,,Nezdařená repríza,, : (Snímky: NASA)

1. Nosná raketa Saturn V AS-502 na cestě ke startovní rampě
2. Převrácenou kabinu museli po přistání žabí muži otočit pomocí nafukovacích plováků
3. Nosná raketa Saturn V AS-502 během přepravy na startovní rampu
4. Nosná raketa Saturn V AS-502 krátce po startu 4.dubna 1968