Obsah > Pilotované lety > STS > Raketoplán před startem - problémy zůstávají

Raketoplán před startem - problémy zůstávají

Ing. JAN KOLÁŘ, CSc. (L+K 5/1981)

Vnější palivová nádrž raketoplánuPsal se rok 1972. Americká kosmonautika žila projektem Apollo, a plánovačům NASA se při pohledu na postavy lidí ve skafandrech na Měsíci zdály všechny další kosmické programy málo důstojné.

Avšak u širší veřejnosti, a také u vládních činitelů a členů Kongresu, zavdávala opakovaná úspěšná přistání kosmonautů na Měsíci spíše příčinu k popudlivosti než k radosti a nadšení. Stále více se poukazovalo na neužitečnost tohoto počínání, na mrhání prostředků. Kosmický program a s ním pochopitelně Národní úřad pro letectví a kosmický prostor, se stával ve Spojených státech stále méně a méně populární.

Velmi brzy to měli možnost pocítit vedoucí činitelé NASA. Bylo to u příležitosti projednávání koncepce americké kosmonautiky na další období . Návrh přednesený speciální komisí, vedenou tehdejším viceprezidentem Spiro Agnewem, byl velkolepý: stanice na oběžné dráze, obydlená základna na Měsíci, nový transportní kosmický systém, tvořený vícenásobně použitelným raketoplánem a kosmickým tahačem, a jako zlatý hřeb cesta člověka na Mars. Let na Mars byl po předložení rozpočtu s ironickým úsměvem smeten s jednacího stolu. Také družicová stanice a měsíční základna neprošly. A tak zůstal jen nový transportní systém a z něj opět pouze raketoplán. Měl totiž oproti ostatním projektům velký klad - nabízel výrazné snížení nákladů na dopravu užitečného zatížení na oběžnou dráhu kolem Země. I tento argument však musel být tvrdě v diskusích obhajován. Teprve po mnoha tahanicích na nejrůznějších vládních úřadech a senátních výborech a po osobním zásahu tehdejšího prezidenta R. Nixona byl projekt raketoplánu schválen. Byl to vlastně v oblasti pilotovaných letů jediný nový projekt, který americká kosmonautika řízená NASA po obdivovaném Apollu dokázala prosadit.

Jiná doba i podmínky

Družicový stupeň Columbia na hřbetě Boeingu 747Projekt raketoplánu se rodil v nejistotě, v období obav o udržení projektu, hledání a změn v původní koncepci (viz článek Potíže s raketoplánem, L + K 49, 1973, č. 2-6), Výsledek byl kompromisem mezi snahou o realizaci myšlenky kosmického letadla a finančními možnostmi (rozpočtový úřad byl ochoten uvolnit jen polovinu požadovaných finančních prostředků). Z dvoustupňového, plně mnohonásobně použitelného raketoplánu ve tvaru letadla s křídlem deltovitého tvaru u obou stupňů zůstal pouze družicový stupeň, opatřený provizorně startovacími motory na tuhé pohonné hmoty (TPH) a obří přídavnou nádrží na kapalné pohonné hmoty (KPH). Obojí se od vícenásobně použitelného družicového stupně oddělí před dosažením oběžné dráhy. Zatímco nádrž shoří v atmosféře, dva návěsné motory na TPH se snesou na padáku do moře, odkud budou vytaženy pro další použití. Při zahájení projektu v roce 1972 ukládaly smluvní podmínky výrobci vyvinout, odzkoušet a připravit k letu do vesmíru dva raketoplány v ceně nepřesahující 6,6 miliardy dolarů. Časový plán předpokládal zkušební lety v atmosféře v roce 1976. první start na oběžnou dráhu v březnu 1978 a zahájení operačního provozu na rozhraní let 1979/80.

Hlavním dodavatelem raketoplánu se stal koncern Rockwell lnternational Corp. Vedle kompletizace celého stroje se stal i výrobcem družicového stupně a prostřednictvím svého pobočného závodu Rocketdyne i dodavatelem hlavního motoru raketoplánu. O výrobcích dalších dvou podstatných částí raketoplánu se rozhodlo mnohem později. Tak v závěru roku 1973 podepsal NASA smlouvu s firmou Thiokol na vývoj a výrobu startovacího motoru na TPH. Práce však byly oficiálně zahájeny až o půl roku později., protože se nejprve musela vyšetřit stížnost konkurenční firmy Lockheed. Stavba vnější přídavné nádrže byla smluvně dohodnuta teprve počátkem roku 1975. Jejím dodavatelem se stala firma Martin Marletta.

Z technického hlediska představoval raketoplán ve srovnání s Apollem zcela jiný druh dopravního prostředku (což sebou neslo i zcela nové problémy). Snad právě specifičnost celé koncepce letu na Měsíc vedla některé činitele NASA k názoru, že před nimi tentokrát stojí projekt technicky méně náročný, srovnatelný tak s programy Mercury nebo Gemini. Obtížnost celého řešení totiž nebyla zřejmá na první pohled jako u Apolla. Byla však skryta ve specifických technických problémech, jejichž složitost dovedli odhadnout jen specialisté.

Společným jmenovatelem všech technických překážek, které se během projektu vyskytly, byla ona klíčová podmínka - vícenásobného použití raketoplánu. Patrně již úvodní studie - ať vědomě nebo na základě nedokonalého rozboru - náročnost tohoto požadavku podcenily. Vždyť - v celé historii kosmonautiky se např.nikdy nesáhlo k tomu, aby použité a návratem nepoškozené lodě startovaly do vesmíru podruhé. Jsou proto přinejmenším dva vážné důvody. Jednak by se musela nově nanést celá tepelná ochrana lodě (tepelný štít pro jednorázové použití je zcela zničen), jednak, a to je argument mnohem důležitější, by bylo nutné kompletně prověřit stav konstrukci lodě a provést případné opravy (je zde reálné nebezpečí porušení mechanické pevnosti lodě po absolvovaném startu a přistání). To vše dohromady by bylo složitější a dražší než postavení nového exempláře.

V podstatě tedy požadavek mnohonásobného použití znamenal dlouhodobě zaručit mechanickou i tepelnou odolnost příslušných částí raketoplánu při startu a přistání. Zatímco u některých prvků se řešení tohoto problému nalezlo vcelku brzy, u jiných bylo hledání obtížné.

Družicový stupeň Enterprise v GSFC (Alabama) před kompletací sestavy pro vibrační zkouškyTechnické problémy jsou však u každého inženýrského projektu věcí přirozenou. Dají se vyřešit za předpokladu, že jsou k dispozici peníze a čas. Raketoplán ,se ale nikdy - i když celkové náklady dosáhly částky odpovídající jen čtvrtině toho, co bylo vydáno na měsíční program nevymanil z finančních potíží. Odpůrci celého projektu jej totiž nikdy nevzali na milost a tak každoroční jednání o rozpočtu NASA přinášelo neshody a zklamáni odpovědným pracovníkům vývoje raketoplánu. Až do poloviny 70. let dokonce neustále hrozilo zrušení celého programu, a to zejména pod záminkou nemožnosti realizace raketoplánu při dodrženi stanovených finančních limitů. Do jisté míry tato možnost existuje i dnes. Původní termín prvního startu proto zákonitě nemohl být dodržen . Již počátkem roku 1973 byl tento termín posunut na konec roku 1978, aby se o rok později změnil na březen 1979. Vedení NASA kráceni finančních přídělů na raketoplán silně kritizovalo, obhajovalo nutnost dodržení stanoveného časového plánu, avšak muselo současně prokázat, že program raketoplánu je životaschopný. Po celé první období práce na projektu se vcelku dařilo plnit plánované úkoly. NASA přitom využil rezerv, které projekt měl, a spoléhal na zkušenost výrobců, především hlavního dodavatele, který úspěšně zvládl konstrukci kosmické lodě Apollo. Přesto se vedení NASA v krátké době dostalo do situace, kdy bylo třeba stále více škrtat postradatelné položky. Škrtla se výstavba bezpečnostní bariéry podél přistávacích drah, zvláštní montážní haly na sestavování startovacích motorů a zkušební konstrukce pro deformační zkoušky přídavné nádrže. Odložily se také plány na výstavbu nového startovního komplexu na mysu Canaveral, namísto stavby třetího exempláře raketoplánu byla schválena úprava prvního kusu určeného jen pro let v atmosféře - také pro kosmický let. Výrobci stále častěji dostávali od NASA pokyn, aby použili letového exempláře rovněž k pozemním zkouškám, nebo aby některé zkoušky vůbec vynechali.

I za těchto okolností projekt stále ještě probíhal podle plánu, protože se dosud nenarazilo na technické problémy. První raketoplán s výrobním číslem 101, sestavovaný ve výrobním závodě v Palmdale v Kalifornii, neobsahoval ještě hlavní motory, nebyl pokryt tepelnou ochranou a neměl ani vnitřní programové vybavení pro orbitální lety. Kompletně vybavený měl být až druhý exemplář, stroj s číslem 102.

Do roku 1977 pokračoval projekt bez viditelných potíží. Rozběhly se vývojové práce na přídavné nádrži a začala montáž prvních prototypů hlavního motoru (připravovaly se pro něj zkušební stavy v Národních kosmických laboratořích, kde se dříve zkoušely jednotlivé stupně rakety Saturn V). Byla postavena přistávací dráha na mysu Canaveral a současně došlo k dohodě mezi NASA a USAF, že při zkušebních startech na oběžnou dráhu bude raketoplán přistávat na vojenské základně Edwards v Kalifornii. Padlo také rozhodnuti o letecké dopravě družicového stupně na hřbetě letadla Boeing 747 a realizaci atmosférických letů s využitím tohoto letadla. Zadala se výroba hlavního počítače raketoplánu a veškerého programového vybavení firmě IBM, zkoušel se systém návratu a zajištěni startovacích stupňů, podepsala se smlouva na výrobu nových skafandrů, připravil se zkušební stav pro vibrační zkoušky celého raketoplánu a mnoho dalších věcí.

Úspěšně pokračovala také stavba prvního prototypu. Jeho montáž byla dokončena v březnu 1976 a 17. září 1976 byl družicový stupeň výrobní číslo 101 slavnostně za přítomností zástupců Kongresu, vedení NASA a několika tisíc hostů pokřtěn jménem Enterprise. Po komplexních zkouškách, trvajících až do konce ledna 1977, raketoplán z továrny převezl speciální kolový transportér na 55 km vzdálenou základnu Edwards. Tam byl raketoplán při letech v atmosféře zalétán. Během 17 letů se ověřovaly jeho manévrovací schopnosti při přistávacím manévru, jeho aerodynamické vlastnosti i funkce automatických řídících systémů. Výsledky byly povzbuzující a raketoplán Enterprise proto v březnu 1978 putoval na hřbetě Boeingu 747 do Marshallova střediska kosmických letů v Huntsville na vibrační zkoušky .

Těžkosti a šest odkladů

Kompletní sestava raketoplánu Columbia v průběhu převozu na rampu 39A na mysu Canaveral koncem roku 1980Až do konce roku 1978 se vedoucím pracovníkům NASA dařilo překonávat finanční potíže projektu. Jaro tohoto roku bylo posledním obdobím, kdy vývoj raketoplánu, alespoň na první pohled, pokračoval podle plánu. Neúspěch jedné zkoušky hlavního motoru v září 1977 smazal dobré výsledky zkoušek dalších, podařilo se získat prostředky na zahájení sice pomalé, ale přece jen stavby čtvrtého raketoplánu. Namísto úprav raketoplánu Enterprise pro kosmické lety se přijalo rozhodnutí modifikovat exemplář číslo 099, určený pro lámací zkoušky. Proto byl také při zkouškách namáhán namísto požadovaných 140 % předpokládaných hodnot jen na 120 %. Ředitelství NASA v té době také jmenovalo čtyři dvoučlenné osádky pro zkušební lety na oběžné dráze. Pro první let byla určena hlavní osádka John Young a Robert Crippen, do záložní se dostali Joe Engle a Richard Truly. Výcvik s nimi souběžně absolvovali i dvojice Fred Haise, Jack Lousma a Vance Brand s Gordonem Fullertonem .

V první polovině roku 1978 došlo při zkouškách hlavních motorů ke dvěma haváriím, pří nichž byl vedle samotných motorů poškozen í zkušební stav. To byla první těžká rána v průběhu projektu a také značná finanční ztráta. Ještě na počátku roku, když předkládal návrh rozpočtu na rok 1979, měl NASA v rezervě na vývoj raketoplánu 144 mil. dolarů. O půl roku později, když končil finanční rok 1978, se tato rezerva změnila na 14miliónový deficit. A to ještě zbývalo proplatit účty za práci spojenou s haváriemi motorů, což celkem bylo dalších 158 miliónů dolarů. Výsledkem bylo dvojí odložení startu raketoplánu, nejprve na srpen 1979 a o několik měsíců později na 29. 9. 1979. V posledních prosincových dnech se černá série roku 1978 završila. Na stavu A-1 téměř shořel motor s výrobním číslem 2001. Vznikla škoda za takřka 20 mil. dolarů a zkoušky musely být na řadu týdnů přerušeny .Oficiální sdělení NASA z ledna 1979 však konstatovalo prodloužení termínu prvního startu jen na 9. 11. 1979.

Kritika projektu opět zesílila a úměrně , tomu se zhoršila i pozice vedoucích pracovníků NASA pří obhajování nových finančních požadavků v Kongresu. Přizvaní odborníci dokazovali nemožnost startu raketoplánu v roce 1979. Kritizovali NASA za nesprávné vedení projektu a poukazovali na snížení bezpečnosti celého projektu vypuštěním nebo spojením některých zkoušek.

Napadnuto bylo zejména rozhodnuti dát hlavním motorům připravovaným pro první start, osvědčení podle výsledků s před sériovými motory.

NASA naopak každým rokem požadoval přídavky k jíž schválenému rozpočtu. Pro rok 1979 to bylo 185 miliónů a o rok později 220 miliónů dolarů. Prozatím mu také nezbývalo, než do poslední chvíle setrvávat na stanovených datech prvního startu. To mnohdy vedlo činitele NASA ke krkolomným rozhodnutím.

Mezi ně patřilo i rozhodnutí dodělat první letový exemplář na mysu Canaveral, současně s předstartovními přípravami. Raketoplán číslo 102, pojmenovaný Columbia (pro další tři exempláře jsou připravena jména Challenger, Discovery a Atlantis), byl dopraven na Kennedy Space Center 10. března 1979. V té době do něj zbývalo nainstalovat hlavní motory, pomocné generátory hydrauliky, palivové články, řídicí počítače a tepelnou izolaci motorů. Na vnějším plášti chybělo 7800 izolačních desek o průměrném rozměru 150 x 250 mm, tvořících součást tepelného štítu raketoplánu.

Přesto, že se dokončovací práce dělaly za provizorních továrních podmínek, hovořili odpovědní pracovníci o uspokojivém postupu prací. Až na montáž tepelného štítu. Firma Rockwell totiž ve snaze ušetřit na výdajích spojených s prací svých zaměstnanců na druhém konci USA najala na tuto prácí v období prázdnin brigádníky - vysokoškolské studenty. Než se ale zapracovali, prázdniny skončily a nábor mezi místními obyvateli přinesl opět pokles produktivity práce. To ale již bylo známo nové datum prvního startu - 31.3. 1980. Sám generální ředitel NASA dr. Frosch ovšem uvedl v Senátu, že je jen 20% naděje na dodržení tohoto termínu a 50% na červen 1980.

Situace se tedy nadále komplikovala a negativní dopad potíží na přípravu rozpočtu donutil k zásahu samotného prezidenta Cartera. Na jeho příkaz došlo v NASA k důkladnému zhodnocení příčin soustavného neplnění časových termínů a překračování finančních nákladů. Zpráva vyšetřovací komise označila za příčiny chyby v dlouhodobém plánování, ale i špatnou a nekvalitní práci hlavního dodavatele, který za vyplacené peníze údajně odevzdal jen asi 70-75 % požadované práce. Na základě této zprávy došlo v polovině roku 1979 k rozsáhlým kádrovým změnám na vedoucích místech projektu jak v NASA, tak u výrobce. Prezident osobně intervenoval, aby NASA dostal požadované finanční příspěvky a aby se zabránilo dalšímu prodražování projektu.

Přesto však stanovený termín prvního startu nebylo možné dodržet. Důvodem byly pochybnosti o pevnosti lepeného spoje desek tepelného štítu. Při kontrole zhruba 15000 desek se ukázalo. že tyto pochybnosti byly oprávněné a tak nezbylo než vadné strhnout a znovu přilepit. Datum startu bylo posunuto na 30.6. 1980, přičemž už v lednu 1980 stanovil generální ředitel NASA dr. Frosch nové, v pořadí šesté a zatím poslední datum během půldruhého roku: 31. března 1981.

Riziko je značné

Tabulka zkušebních letů raketoplánu v atmosféře, provedených na základně Edwards v roce 1977V závěrečné fázi příprav raketoplánu ovlivňovala míru zdržení především montáž desek tepelného štítu. V létě 1980 se mj. dodatečně přišlo na to, že bude třeba znovu přezkoumat upevnění asi 3400 desek, mezi nimi i těch, které již byly jednou předělávány. To proto, že se zpřísnily požadavky na dynamickou pevnost pláště. Stanovený termín startu však byl přesto potvrzen. Původní hlavní technický problém projektu - kyslíko-vodíkový motor - se tak v seznamu problémů dostal až na druhé místo. Zkoušky s jednotlivými motory i s celým svazkem neustále pokračovaly (i když ne bez problémů), takže bylo možné konstatovat. že hlavní těžkosti zřejmě již vývoj motoru překonal. Cílovým datem prvního startu se stal 17. březen 1981. I když se podařilo stihnout instalací všech desek tepelného štítu, aby první operace - vyvezení raketoplánu ve startovní konfiguraci na rampu 39A - byla provedena podle plánu 29. prosince, je velice pravděpodobné, že ve skutečnosti ke startu raketoplánu dojde později. V časovém plánu není totiž ani jeden den rezervy. příprava startu běží nepřetržitě 24 hodiny sedm dní v týdnu. Zkušenosti z předchozích startů ovšem naznačují, že se napoprvé nepodaří vždy časový program dodržet. První start raketoplánu bude jistě mnoho lidí sledovat se zatajeným dechem. Zejména proto, že ve srovnání s dřívějšími pilotovanými lety bude mnohem riskantnější. Až dosud raketoplán do kosmu nikdy nestartoval. Hlavní systémy, jako motory nebo řídicí elektronické komplexy., zatím neprodělaly kosmický let. Z konstrukčního hlediska představuje raketoplán čtyři rozměrné celky . Z nich tři mají pohonnou jednotku a jeden má křídlo, což je v kosmonautice rovněž novinka. Tato aerodynamicky složitá sestava musí při startu projít režimem podzvukového, nadzvukového a vysoce nadzvukového letu, kde může dojít k řadě překvapení. Po čtyřech minutách letu překročí raketoplán největší rychlost, s jakou se prozatím pohybovaly křídlaté stroje, přičemž na hranici atmosféry bude její hodnota ještě třikrát vyšší.

Jestliže se k těmto objektivním faktorům přičtou možné komplikace vyplývající z vývoje stroje, je nebezpečí nezdaru prvního startu značné. Přitom poškození raketoplánu, nemluvě o jeho zničení a ztrátě lidských životů, by celým projektem a postavením NASA silně otřáslo. Start proto není možné uspěchat, ale také ani příliš dlouho odkládat. NASA totiž předem pronajal nákladový prostor na 37 operačních letů. Pokud se nepovede nasadit nový dopravní prostředek do operačního používání během dvou či tří let, zájemci odpadnou. A to znamená únik příjmu z pronájmu, protože zákazníci použijí jiného dopravního prostředku. Dnes to již nemusí být nutně jen americké nosné rakety (v této souvislosti se NASA obává zejména obchodní konkurence západoevropské rakety Ariane). NASA prozatím počítá se čtyřmi zkušebními starty do dubna 1982 a zahájením operačního provozu v září téhož roku (v té době by měl být v provozu již i raketoplán Challenger). Výsledek prvního startu a případné nové problémy však mohou vše změnit. Kromě očekávaných technických problémů se zatím zřetelně rýsuje problém generační, protože na kosmodromu v řídicím středisku pracuje na 300 veteránů. Jsou to pamětníci dnes již historických startů, kteří vzlet raketoplánu považují za vyvrcholení své kariéry. Jejich případný hromadný odchod do penze po prvním startu, před dalšími zkušebními starty, by mohl situaci opět řádně zkomplikovat.

Nový vícenásobně použitelný kosmický dopravní prostředek je v technice kosmických letů bezpochyby krokem vpřed. S jeho nasazením se přiblíží doba, kdy se kosmické starty přemění z výzkumné a experimentální záležitosti na běžnou součást lidského podnikání. Jak dalece však k dosažení tohoto cíle přispěje samotný projekt amerického raketoplánu, o tom rozhodne příštích dvanáct měsíců.

Pro potřeby MEK přepsal D.Lazecký s laskavým svolením autora.

Aktualizováno : 05.04.2003

[ Obsah | Pilotované lety | STS ]

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