bezpilotní raketoplán po Japonsku

RNDr. LUBOR LEJČEK. CSc.
(L+K 14/1986)

Trendem ve vývoji pilotovaných kosmických dopravních systémů jsou jednostupňové raketoplány, které budou startovat a přistávat na normálním letišti. I Japonsko si tuto skutečnost uvědomilo, a proto se už od roku 1980 začali pracovníci Institutu kosmických a astronautických věd v Tokiu zabývat studií experimentálního miniraketoplánu. Na 36. astronautickém kongresu ve Stockholmu v roce 1985 pak byla přednesena informace o studii experimentálního kosmického prostředku s vysokou manévrovatelnosti HIMES (Highly Maneuverable Experimental Space Vehicle), který je japonským přístupem k osvojeni špičkových technologií, vhodných pro konstrukci budoucích raketoplánů. HIMES je koncipován jako bezpilotní miniraketoplán schopný vynášet užitečné zatížení o hmotnosti až 500 kg do výšky přibližně 300 km, podobně jako sondážní raketa. Zároveň bude moci dopravit toto užitečné zařízení zpět na místo startu. Hlavním cílem, pro který se projekt HIMES studuje, bude přirozeně zkoušení moderních konstrukčních technologií, vhodných pro budoucí okřídlené kosmické dopravní prostředky.

Bezpilotní experimentální miniraketoplán HIMES má poměrně zajímavé koncepční řešení.

Trup bude tvořen konvenční skořepinovou konstrukcí z hliníkových slitin se zabudovanými nádržemi na kapalný kyslík a vodík. Nádrže budou zvnějšku tepelně izolovány vrstvou pěnového polyuretanu. Křidlo tvaru delta s šípem 45° má profil NACA 0012 a klasickou žebronosníkovou konstrukci. Hlavní nosník je společný pro obě poloviny křídla. Celá odtoková hrana je opatřena elevony. Co se týče svislých ocasních ploch, zatím se uvažuje o dvou. Není však vyloučeno, že svislé plochy budou v průběhu zkoušek přemístěny z trupu na kraje deltového křídla.

Hlavní pohonnou jednotku budou tvořit dva kyslíkovodíkové (kryogenní) raketové motory nové konstrukce, které mají ve spalovací komoře zabudován tepelný výměník. Přibližně 95 % kapalného vodíku přiváděného čerpadly do motoru regenerativně ochlazuje stěny spalovací komory a trysky, po ohřevu v tepelném výměníku se mění na plyn, který pohání turbíny čerpadel kapalného kyslíku a vodíku, aby se pak v injektoru mísil s kyslíkem a shořel ve spalovací komoře. Turbočerpadla přiléhají ke spalovací komoře, aby se tlakové a tepelné ztráty snížily na minimum. Touto koncepcí se připravované kyslíkovodíkové motory liší od motoru LE-5 a 7, vyvíjených pro rakety H-1 a H-2 organizace NASDA. Nové kyslíkovodíkové motory budou pracovat při tlaku v komoře 9,8 MPa a nominálním tahu 137 kN, který lze regulovat v rozmezí 40-105 %. Specifický impuls motorů činí až 4551,8 Ns/kg za optimálních podmínek. Se zkouškami jednotek se začalo již v roce 1985. Motory lze v průběhu letu znovu zažehovat. Spolehlivý restart zajisti dva motory na KPH, které 6 sekund trvajícím impulsem shromáždí palivo a okysličovadlo rozptýlené v nádrži k čerpacímu potrubí. Pro manévrování miniraketoplánu mimo atmosféru budou použity již vyvinuté manévrovací motorky, pracující s jednosložkovým palivem - monoergolem, v tomto případě hydrazinem.

Řízení miniraketoplánu bude zajišťovat autopilot, využívající inerciální navigační soustavy a globálního systému pro určování polohy GPS. Přistání bude napomáhat mikrovlnný přistávací systém - MLS.

Užitečné zatížení ve standardním kontejneru bude umístěno v nákladovém prostoru, situovaném přibližně do těžiště miniraketoplánu. V případě, že užitečné zatržení bude mít za úkol pozorování Země či astronomické experimenty, budou dveře nákladového prostoru otevřeny.

Pro experimentální miniraketoplán HIMES se zatím plánují tři typy letů. První varianta předpokládá co nejmenší rychlosti miniraketoplánu vůči okolí. Hodí se pro takové experimenty, jakými je měření mikrovlnného zahříváni ionosféry či odebírání vzorků atmosféry. Doba letu závisí na dosažené výšce. HIMES po svislém startu vypne po přibližně 130 sekundách motory a pokračuje setrvačnosti do plánované výšky, kde motorickým manévrem zabrzdí a udržuje se zde přibližně 50 s. Pak po vypnutí motorů volným pádem klesá a brzdicím manévrem v atmosféře přistává po přibližně 960 sekundách letu. Druhý profil letu je suborbitální, charakteristický pro sondážní rakety. Maximální plánovaný dostup je 300 km. Vhodným užitečným zatížením pro tento let může být zařízení pro materiálový výzkum v mikrogravitaci. Jelikož maximální zrychlení je limitováno hodnotou 3 g, motory se vypnou přibližně 140 s po startu. Maximální výšky dosáhne raketoplán v 315. sekundě letu, potom klesá. Aby jeho vstup do atmosféry nebyl příliš strmý, zapínají se přibližně mezi 455. až 510. sekundou letu znovu motory a po 1110 sekundách letu HIMES konečně přistává.

Pro letové profily 1 a 2 není třeba speciální tepelné ochrany, protože maximální rychlost miniraketoplánu při vstupu do atmosféry bude kolem 1 km/s. Pokud by miniraketoplán dosáhl vyšší rychlosti, bude zabrzděn motoricky. V případě profilu letu Č. 3 bude částečná tepelná ochrana nutná, neboť jeho cílem jsou aerodynamické testy, simulující návratovou fázi letu skutečného raketoplánu, vracejícího se z orbitální dráhy. Při tomto letu není možné přistát na místě startu.

Z popisu miniraketoplánu HIMES vyplývá, že je koncipován tak, aby byl konstrukčně co nejjednodušší a bylo tak možné co nejefektivněji zkoušet různé technologické novinky. I když se zatím ve studii nemluví o tom, kdy by měl být HIMES připraven k prvnímu startu, bude jistě zajímavé sledovat další vývoj tohoto experimentálního dopravního prostředku, jímž k vývoji kategorie raketoplánu přispívá země vycházejícího slunce.

Hlavní technické údaje:

Délka 13.7 m
Rozpětí 9.25 m
Celková hmotnost 14100 kg
Hmotnost paliva 10500 kg
Hmotnost užitečného zatíženi 500 kg
Objem nákladového prostoru 3.8 m
Nominální tah (oba kryogenní motory) 274 kN

Daniel