Obsah > Základy kosmonautiky > Minikurz kosmonautiky

Vývoj | Výroba | Předstartovní operace | Navedení na dráhu | Na dráze | Přistání | Vyhodnocení

Tento minikurz kosmonautiky není žádným oficiálním dokumentem, jsou to jen moje představy o tom, co by měl znát každý zájemce o kosmonautiku. Pro náročnější je určen ucelený kurz kosmonautiky.

Pro lepší znázornění souvislostí probereme kosmický let od přípravy, až po vyhodnocení.

  1. Vývoj (příprava)
    1. Takže jdeme na to. Co všechno potřebujeme pro uskutečnění kosmického letu ? Především samozřejmě musíme mít proč letět. Dostatečným důvodem je snaha, nebo potřeba, využít možností, které kosmický prostor nabízí a které na Zemi nenalezneme. Může to být velmi vysoké vakuum, mikrogravitace (stav beztíže), odstranění rušivého vlivu atmosféry, globální pohled na Zemi, možnost přiblížit se k tělesům Sluneční soustavy, nebo dokonce přistát na jejich povrchu.

      Druhou podmínkou je vědět jak kosmický let uskutečnit. To je opravdu obtížná úloha a lidstvo se k možnosti jejího splnění dopracovalo teprve ve dvacátém století. Základem jsou fyzikální zákony objevené a popsané Newtonem (gravitace), Keplerem (pohyb v gravitačním poli), Ciolkovským (reaktivní pohon) a mnoha dalšími. Po teoretickém zvládnutí problému je třeba všechno do detailu promyslet a navrhnout konstrukční řešení.

      Obecně se začíná návrhem experimentu, který by bylo možno v kosmickém prostoru provést. Potom se pokračuje ověřením reálnosti záměru, jeho schválením a hledáním optimální varianty. Nakonec se navrhuje technické provedení. Pro úspěšný kosmický let je třeba připravit tři základní části - nosný prostředek (raketu), startovací a řídicí komplex (kosmodrom) a vlastní kosmický objekt (družici).

      Jediným nosným prostředkem, který je schopen vynést užitečné zatížení na oběžnou dráhu, je v současné době raketa s chemickými raketovými motory. Dnešní rakety se obvykle skládají z několika stupňů, přičemž v každém z nich jsou raketové motory, nádrže na palivo a vnější plášť s nosnou konstrukcí. Zapomenout nesmíme ani na dokonalý řídicí systém, radiotechniku pro výměnu informací s řídicím střediskem, systém oddělování jednotlivých stupňů (s výbušnými šrouby a malými raketovými motorky) nebo třeba destrukční pyrotechniku pro případ neúspěšného startu.

      Na startovací komplex (kosmodrom) jsou také kladeny vysoké požadavky. Musí být umístěn tak, aby startující rakety prolétaly nad řídce obydleným územím, musí zajistit dokonalou přípravu všech částí rakety i užitečného zatížení před startem a nakonec i hladký průběh startu. Kosmodromů proto na Zemi není mnoho a nejznámější z nich jsou Cape Canaveral na Floridě, Bajkonur v Kazachstánu a Kourou ve Francouzské Guayaně.

      Největší pozornost je samozřejmě soustředěna na vlastní kosmický objekt s užitečným zatížením. Užitečným zatížením bývají obvykle vědecké přístroje, nebo jiná technická zařízení. I ty však na oběžné dráze potřebují podporu od ostatních systémů družice. Orientační a manévrovací motorky zajišťují potřebné změny dráhy a orientaci v prostoru v součinnosti s příslušnými čidly a také povely z řídicího střediska, předávanými radiotechnickým vybavením tělesa. Nezbytný je i systém dodávky elektrické energie složený většinou z akumulátorů a slunečních článků. Důležitá je i dobrá termoregulace, zajišťující stálou teplotu pro přístroje a v případě návratových těles se nesmí opomenout ani tepelná ochrana pro průlet atmosférou. Pilotované lety vyžadují rovněž systém zabezpečení životních podmínek (Life Support System - LSS).

      Třetí podmínkou kosmického letu je schopnost navržená řešení realizovat. Tedy mít dostatek vůle, schopných lidí, peněz, a také vyspělou technologii. Pokud toto vše máme, můžeme se pustit do výroby.

  2. Výroba
    1. Nyní musíme vše, co jsme vymysleli, vyrobit. Situace je komplikována tím, že pro potřeby kosmonautiky potřebujeme všechno co nejlehčí, nejmenší, s minimální spotřebou energie a také co nejspolehlivější. Pokud k tomu připočteme skutečnost, že většinou se jedná o kusovou výrobu, pak se nelze divit, že cena všech zařízení stoupá do závratných výšek.

      Je zapotřebí vyrobit všechny jednotlivé součásti, zkompletovat je do větších celků a nakonec do finálních zařízení. Vše se musí důkladně prověřit a odzkoušet. Nejprve samostatně a potom i navzájem. Například se musí otestovat propojení užitečného zatížení s ostatními systémy družice a stejně tak třeba i komunikace s řídicím střediskem.

      Faktem je, že výrobě kosmických zařízení se mohou věnovat jen technicky a technologicky nejvyspělejší pracoviště. Většinou jsou to speciální oddělení firem, nebo vědecká a výzkumná pracoviště.

      Když je konečně vše vyrobeno a odzkoušeno, můžeme se vrhnou na vlastní start.

  3. Předstartovní operace
    1. V této fázi přípravy kosmického letu se vše kompletuje a znovu a znovu přezkušuje. Na kosmodromu se nejprve sestaví celá nosná raketa a samostatně i užitečné zatížení (družice) s vědeckými přístroji. Potom se užitečné zatížení připojí k raketě a proběhne další kolo zkoušek.

      Nedlouho před startem (cca 1 měsíc) je celá sestava vyvezena na startovací rampu. Tam proběhnou poslední přípravné práce, kontroly propojení a potom se stanoví přesné datum a okamžik startu. Tady je třeba upozornit na to, že okamžik startu a tzv. startovní okno, tedy doba, po kterou je možno ještě startovat, je dána především cílem, ke kterému raketa startuje. Běžně je startovní okno dlouhé několik hodin, ale pokud má dojít k setkání těles na oběžné dráze, je startovní okno dlouhé jen několik málo minut a opakuje se jen jednou za den.

      Zhruba tři dny před startem se rozebíhá tzv. odpočítávání. To je do nejmenších detailů připravený časový plán všech operací, nezbytných k provedení úspěšného startu. Například u amerického raketoplánu se začíná odpočítávat ve stavu T-43 hodin. Vzhledem ke skutečnosti, že do odpočítávání jsou zahrnuta i plánovaná přerušení, nastává tento okamžik právě ty tři dny před startem.

      Během odpočítávání se postupně provádějí stále složitější a důkladnější kontroly, istaluje se pyrotechnika, a nakonec se plní nádrže vysoce výbušnými pohonnými hmotami. To už do startu zbývá jen několik hodin. U pilotovaných letů nastupuje na svá místa posádka, probíhají závěrečné testy a rozbíhají se všechny řídicí systémy a agregáty. Nakonec je raketa přepojena na vlastní zdroje energie, řízení je plně předáno počítači, který v závratném tempu sleduje stovky až tisíce měřených hodnot a v případě jejich normálního náběhu přivádí odpočítávání do posledních sekund.

      Nastává nedramatičtější okamžik startu. U raketoplánu mluvčí obvykle nahlas odpočítává. Deset, devět, osm, sedm, ... start hlavních motorů, čtyři, tři, ... povolení startu, ... zapálení startovacích motorů a start !

  4. Navedení na dráhu
    1. Vše si ukážeme na příkladu raketoplánu. Takže ještě jednou. Zhruba 6 sekund před startem se postupně zapalují tři hlavní motory SSME na kapalný kyslík a vodík. Přesně v okamžiku startu, tedy v T-0 se zažehují startovací motory SRB na pevné pohonné látky. Dochází k uvolnění ze startovacího stolu a raketoplán opouští rampu.

      Kousek nad vrcholem rampy začíná rotační manévr ("roll"), kterým se raketoplán otočí zády ke směru letu. Jak se dráha postupně sklání ze svislého do vodorovného směru, raketoplán letí stále více "na zádech", tedy orbiterem k zemi s hlavní nádrží ET nad sebou.

      Po 120 sekundách startovací motory SRB dohoří a jsou odhozeny. Na padácích přistanou v moři, jsou vyloveny a po údržbě se znovu používají při dalších startech. Raketoplán stoupá dál, poháněn nyní jen motory SSME. Když dosáhne výšky cca 100 km, je už jeho dráha zcela vodorovná, dokonce mírně klesá, ale celá sestava zato rychle nabírá rychlost. Během celého startu přetížení nepřesahuje hodnotu 3 g. Raketoplán má po celou dobu startu spojení s řídicím střediskem, je sledován sledovacími stanicemi a jeho dráha je iterativně upravována tak, aby odpovídala předpokládané. Po necelých 10 minutách se raketoplán dostává na základní, zatím jen suborbitální dráhu. Zde odhazuje prázdnou nádrž ET, která po 30 minutách zanikne nad Indickým oceánem. Raketoplán však musí v cca T+12 minut provést manévr OMS-1, při kterém pomocí motorů OMS přejde na přechodovou dráhu. Apogeum je ve výši cca 250 km, ale perigeum, kde se orbiter tou dobou nalézá, nedosahuje ani 100 km.

      Během 45 minut se však setrvačností dostane až do apogea, kde se opět zapálí manévrovací motory a manévrem OMS-2 uvedou raketoplán na oběžnou dráhu ve výši nejméně 250 km. Manévrováním motory OMS je možno v některých případech zvednout dráhu až do výše cca 500 km. Mimo tyto změny dráhy se kosmická tělesa na oběžné dráze pohybují samozřejmě jen setrvačností podle zákonů nebeské mechaniky.

      Po kontrole všech systémů orbitální části a ověření jejich bezchybné činnosti je dáno povolení k letu po oběžné dráze a raketoplán může otevřít dveře nákladového prostoru, na kterých se nachází radiátory termoregulačního systému. Tím je navedení na oběžnou dráhu ukončeno.

  5. Činnost na dráze
    1. Konečně je možno se věnovat vlastnímu smyslu kosmického letu. Po upřesnění skutečných parametrů oběžné dráhy je ještě možno provést drobné korekce a pak už zahájit operační činnost.

      Co vše se tedy na oběžné dráze dělá ? Spektrum činností sahá od navigace, spojů, dálkového průzkumu a meteorologie, až po lékařství, biologii, astronomii, technologii a astrofyziku. Podrobnější popis jednotlivých činností zatím přesahuje rozsah tohoto kurzu.

  6. Přistání (ukončení letu)
    1. Po ukončení všech plánovaných činností je kosmické těleso deaktivováno. Pohybuje se pak prostorem neřízeno jako kosmické smetí a na nižších drahách postupně zaniká (shoří) v atmosféře.

      U pilotovaných kosmických lodí, nebo jiných návratových nastává v závěru letu ještě jedna kritická situace a tou je přistání. Vzhledem k zákonům nebeské mechaniky je možno přistávat na vybraných místech jen jednou nebo dvakrát za den.

      V určený okamžik jsou zapáleny brzdicí motory (proti směru letu), které sníží rychlost lodi tak, aby přešla na oběžnou dráhu, jejíž perigeum leží v blízkosti povrchu Země. Posádka je v těchto chvílích už ve skafandrech a například raketoplán už má zavřený nákladový prostor. Po brzdícím manévru se loď natočí do polohy vhodné pro vstup do atmosféry, odhodí již nepotřebné části (například orbitální část lodi Sojuz) a čeká na přetížení.

      Po vstupu do atmosféry (cca ve výši 120 km) začíná loď aerodynamicky brzdit. Využívá k tomu tepelný štít, nebo tepelnou ochranu, která chrání posádku před vysokými teplotami. Ohřev je tak veliký, že teplota povrchu štítu a okolní rozžhavené atmosféry přesahuje 1000°C. Vzduch okolo lodi je ionizován a řídicí středisko na několik minut ztrácí spojení s lodí. Aerodynamické síly jsou ale zatím tak malé, že k udržování polohy je třeba stále používat orientační motory tak, jako na oběžné dráze. Přetížení postupně roste, až dosahuje u lodí Sojuz cca 3 g, u raketoplánu jen necelých 2 g.

      Po snížení orbitální rychlosti (27000 km/h) na několik tisíc km/h už raketoplán začíná aerodynamicky manévrovat jako kluzák a Sojuz otevírá brzdicí padáky. Po dalším snížení rychlosti Sojuz otevírá přistávací padáky, klesá k zemi a těsně nad ní (cca 2 m) se ještě zapálí malé motory na TPL, které sníží přistávací náraz. Raketoplán je naveden do blízkosti letiště, udělá závěrečnou zatáčku přesně do osy dráhy a deset sekund před dosednutím vysunuje podvozek. Pak už se hlavní podvozek dotkne dráhy a o dalších deset sekund později i přídové kolo. Raketoplán zastavuje po doběhu dlouhém cca 2 km.

      Po přistání se na místo vrhají pátrací a záchranné týmy a zajišťují vše potřebné, pro bezpečný výstup posádky a vykládku přivezeného materiálu.

  7. Vyhodnocení
    1. Neměli bychom zapomenout ani na poletové vyhodnocení všech nových poznatků. Jejich využití při přípravě dalších kosmických letů i na Zemi je velmi důležité. Experimentální materiál je po návratu na Zemi podroben důkladným rozborům a není výjimkou, když jsou informace, získané v průběhu kosmického letu, zpracovávány i po dobu několika let.

      Prohlídkám neujde ani nikdo z posádky, která absolvovala let. Vše se může hodit a nic nesmí být opomenuto. Vždyť ta pravá kosmická budoucnost na nás teprve čeká.


Aktualizováno : 30.12.2001

[ Obsah | Základy | Kurz kosmonautiky | Slovník pojmů a zkratek | Výpočty | Test NASA ]

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