Historie vzniku kosmického projektu Apollo - článek k 10.výročí přistání prvních lidí na Měsíci

Pro časopis Letectví + kosmonautika zpracoval ANTONÍN VÍTEK, CSc. (L+K č. 17 / 1979)

Snímky: NASA

Před deseti léty dosáhla pozemská věda a technika dalšího významného mezníku. V noci z 20. na 21. července 1969 v 02.56 světového času se dotkla noha prvního člověka, astronauta Neila Aldena Armstronga, povrchu jiného nebeského tělesa. Vyvrcholil tím americký program Apollo, dosud nejambicióznější projekt Národního úřadu pro letectví a kosmický prostor (NASA).

Většina historiků kosmonautiky spojuje vznik tohoto gigantického projektu, který stál americké daňové poplatníky přes 24 miliardy dolarů, s datem 25. května 1961. Ne neprávem, neboť toho dne předstoupil tehdejší prezident USA J. F. Kennedy před Kongres, aby si vyžádal jeho souhlas s vytyčením cíle dosáhnout přistání člověka na Měsíci do konce šedesátých let. Toto státnické rozhodnutí bylo motivováno snahou pozvednout mezinárodní prestiž USA, otřesenou sérií prvenství SSSR ve výzkumu vesmíru i vlastními nezdary politického rázu (invaze na Kubu). Prezidentův projev je bezpochyby politickým kořenem programu; jeho technické počátky však musíme hledat dále v minulosti.

Bezpochyby prvním, kdo se začal zabývat racionálními možnostmi dosažení nebeských těles, byl K. E. Ciolkovskij, který správně označil za možný prostředek kapalinovou raketu. Detailní technické provedení letu na Měsíc rozpracoval teprve v první polovině dvacátých let Hermann Oberth (Pozn.: H. Oberth: “Die Rakete zu den Planetenräumen”; 1923). Navrhl již tehdy kombinaci metody setkání na dráze u Země (tankování paliva) s použitím výsadkového modulu. Tyto ideje rozpracoval v roce 1948 H. E. Ross (Pozn.: H. E. Ross: “Orbital Bases”. Journal of the British Interplanetary Society 8, 1949, str. 1), člen Britské meziplanetární společnosti. Podle jeho projektu mělo být dosaženo Měsíce vysláním flotily tří kosmických lodí o startovní hmotnosti po 450 tunách (!), z nichž by povrchu Luny dosáhla jediná. Kromě těchto projektů, do jisté míry připomínajících technické řešení použité v projektu Apollo, se většina ostatních projektantů soustředila na přímé lety Země-Měsíc (Pozn.: W. Ley: “Target for Tonight: Luna!”, 1949; A. C. Clarke: “The Exploration of Space”, 1952).

Vypuštění prvního Sputniku rázem přeměnilo tyto dosud jen fantastické sny v realizovatelnou možnost. Již počátkem roku 1957 začali bývalí němečtí konstruktéři pod vedením W. von Brauna a H. H. Koelleho v Huntsville v Redstone Arsenal (nynější Marshall Space Flight Center) pracovat na studiích nosných raket o tahu až 7 MN (odpovídajících Saturnu I). Stimul sovětského náskoku v dobývání vesmíru se projevil i v první rozsáhleji koncipované programové zprávě NACA z února 1958, sestavené pod vedením propagátora pilotovaných expedic k planetám Abe Silversteina. Za hlavní cíl bylo považováno “uskutečňovat základní výzkum pro zabezpečení vývoje pilotovaných družic a pro přípravu letů člověka k Měsíci a planetám". Rozsahem to však byl program velice skromný, vyžadující ročně ani ne čtvrt miliardy dolarů.

Mezitím z iniciativy tehdejšího prezidenta Eisenhowera Kongres schválil vytvoření Národního úřadu pro letectví a kosmický prostor (Pozn.: A. Vítek: “První Sputnik ‚otcem‘ NASA”. L+K 43, 1967, č. 20, s. 768.), který převzal vedoucí roli v civilním výzkumu vesmíru v USA. Ale vojenské složky se nechtěly vzdát svých ambicí v kosmu, podtržených praktickým monopolem na raketové nosiče. V dubnu 1959 oddělení balistických raket vojenského letectva navrhlo realizovat čtyřetapový plán pilotovaných letů. V první etapě, nazvané “Man-in-Space Soonest", měl být vypuštěn co nejdříve kosmonaut na oběžnou dráhu kolem Země, v další etapě, nazvané “Man-in-Space Sophisticated", měly být rozvíjeny techniky pilotáže ve vesmíru. Dále měl navázat program “Lunar Reconnaisance", program průzkumu měsíčního povrchu bezpilotními družicemi a měkce přistávajícími sondami. Vyvrcholením měla být v prosinci 1965 čtvrtá etapa - “Manned Lunar Landing and Return", tedy pilotované přistání na Měsíci. Cena tohoto programu byla odhadována na 1,5 miliardy dolarů. V souvislosti s tím zadalo vojenské letectvo koncem července 1959 firmě Rocketdyne kontrakt na vývoj motoru o tahu v rozmezí od 5 do 7 MN, který dostal firemní označení F-1 a později se stal základem prvního stupně Saturnu V.

Podíváme-li se na vojenský program z roku 1958 s nadhledem, vidíme, že se americké pilotované lety později skutečně vyvíjely podle tohoto schématu, ovšem v jiných časových i finančních měřítkách a pod patronací NASA, která v říjnu 1958 oficiálně zahájila svoji činnost. Jednou z prvních zakázek NASA průmyslu byla objednávka vývoje motoru H-1, později užitého v Saturnu I.

Na Saturnu I však v té době začal pracovat pod označením Juno V von Braunův tým v Army Ballistic Missile Agency v Redstone Arsenalu v Huntsville. Původně mělo jít pouze o ověření možnosti konstrukce velkého kosmického nosiče, konstruovaného na bázi spojování dostupných menších raketových motorů. Prvním postupným cílem bylo pouze staticky vyzkoušet do konce roku 1959 první stupeň. Ale již po několika málo měsících práce se podařilo von Braunovi přesvědčit své nadřízené, zejména gen. Medarise, že projekt je reálný, a tak ještě na podzim roku 1958 bylo znění rozkazu změněno na “vyvinout vysoce spolehlivý výkonný raketový stupeň, sloužící jako první stupeň mnohostupňové rakety pro budoucí kosmické expedice".

Že cílem vojáků byl již v té době Měsíc, bylo zřejmé z toho, že topografický úřad amerického vojenského letectva podepsal 1. listopadu 1958 s profesorem Zdeňkem Kopalem, astronomem českého původu, pracujícím v té době na univerzitě v Manchestru v Anglii, smlouvu, podle níž měl za úkol na observatoři Pic-du-Midi ve Francii shromažďovat podrobné údaje o měsíčním povrchu. Na základě těchto údajů byly vyhotoveny první podrobné topografické mapy Měsíce, které sloužily jako podklad pro bezpilotní i pilotovaný průzkum Luny.

Ve stejně době vznikla v Langley Field (nynější Langley Research Center) zvláštní pracovní skupina NASA (STG), která začala připravovat civilní program pilotovaných letů, později nazvaný Mercury. Tlak mezinárodní veřejnosti na demilitarizování kosmického prostoru vedl Eisenhowerovu vládu k tomu, aby maximum kosmického výzkumu bylo převedeno do NASA. V prosinci 1958 došlo k dohodě, že von Braunův tým, i když formálně nadále podřízen armádě, bude pracovat převážně pro NASA. Podobně byla k dispozici civilnímu výzkumu předána i Jet Propulsion Laboratory v kalifornské Pasadeně.

V lednu 1959 odstartovala z Kazachstánu směrem k Měsíci první sovětská Luna. Asi nebylo pouhou shodou okolností, že téhož dne na zasedání zvláštního výboru v plamenné řeči Wernher von Braun předpověděl pilotovaný oblet Měsíce do osmi až deseti let a přistání člověka na našem věčném souputníku o několik let později. Také tehdejší ředitel NASA T. Keith Glennan i jeho zástupce Hugh L. Dryden, Abe Silverstein a další ve svých vystoupeních propagovali let člověka na Měsíc.

Přestože let k Měsíci nebyl schválen, začal NASA okamžitě jednat s ministerstvem obrany o koordinovaném vývoji silných nosných raket. Z diskusí, které proběhly v lednu 1959, vykrystalizoval požadavek vývoje nosných raket ve čtyřech výkonnostních třídách, které dostaly předběžné označení Vega, Centaur, Saturn a Nova. Poslední z nich měla být schopna dopravit loď s lidskou osádkou nonstop letem ze Země na Měsíc. V této době obrovského optimismu byly metody, využívající setkání na dráze kolem Země a Měsíce, zapomenuty a čekaly na své znovuobjevení.

V Pasadeně v JPL se již v únoru 1959 vytvořila pracovní skupina, která měla vypracovat detailní návrh průzkumu Měsíce. Předběžné studie ukázaly, že Saturn vyvíjený v Huntsville (v té době jím byl míněn pouze první stupeň), doplněný upravenou mezikontinentální balistickou raketou jako druhým stupněm a Centaurem ve třetím stupni, by byl vhodný pro pilotovaný oblet Měsíce nebo pro vysazení přístrojů o hmotnosti jedné tuny přímo na měsíční povrch. Armáda začala okamžitě studovat možnost adaptace jak rakety Atlas, tak Titan pro roli druhého stupně, ale současně s tím v rámci akce “Project Horizon" i možnost vojenského využití měsíční základny k vojenským účelům.

Je přirozené, že práce na projektu Horizon se soustřeďovala převážně kolem von Braunova týmu v Redstone Arsenalu. Práce na studii pokračovala rychle a v červnu 1959 byla hotova.

Plán vypadal takto: Práce na projektu, využívajícím co nejvíce současné techniky, se zahájí v roce 1960. Pak bude možno při průměrných ročních nákladech 667 miliónů dolarů uskutečnit první přistání na Měsíci v roce 1965 a o rok později bude možno zřídit na Měsíci předsunutou základnu. Dne 28. července 1959 se nad zprávou sešli členové generálního štábu k diskusi, ze které vyplynuly tyto závěry:

1. Výstavba předsunuté (vojenské pozn. A.V.) základny na Měsíci v co nejbližším termínu je v životním zájmu USA.

2. Project Horizon představuje nejrychlejší možný způsob realizace tohoto cíle.

3. Je třeba využít možností, kterými armáda disponuje a které jsou značné a v mnoha směrech bezkonkureční, k dosažení tohoto cíle, ať již bude správa základny na Měsíci v kompetenci kterékoli vládní instituce USA.

4. Návrhy vojáků na kosmické operace nejsou všeobecně přijímány s velkým nadšením.

Proto bylo rozhodnuto, aby návrh projektu byl přeformulován tak, aby z něj vypadly všechny zmínky o vojenském charakteru ba dokonce i o podřízenosti základny vojákům. Místo toho byla proklamována vědecká a tedy mírová podstata kosmického výzkumu. Bezprostředním důsledkem toho byl definitivní přesun von Braunova týmu do NASA ke dni 15. března 1960. Středisko bylo nazváno Marshall Space Flight Center.

Mezitím NASA pokračoval ve vlastních studiích. Koordinátorem prací byl Bruce T. Lundin z Lewis Research Center. V červnu 1959 předložil první ucelenou studii o požadavcích na výkon raketových nosičů pro let k Měsíci. Poukázal na to, že je z energetického i navigačního hlediska výhodnější, aby loď přešla nejdříve na dráhu kolem Měsíce ve výši asi 150 km, než aby přistávala přímo “z chodu". Z kruhové dráhy by přešla do volného pádu a brzdila až v posledním úseku sestupné dráhy. Podtrhl nutnost vývoje brzdicího raketového motoru s proměnným tahem. Za předpokladu, že by se na Zemi vracela kabina o hmotnosti do 5 tun, byla by startovní hmotnost nosné rakety i při použití kapalného vodíku a kyslíku jako pohonných hmot asi 5000 tun.

Taková raketa tehdy nebyla ani na rýsovacích prknech. Proto Lundin uvažoval o možnosti použití Saturnů, připravovaných v Huntsville. I tak se dostal projekt do komplikací. Vždyť by bylo nutno dopravit na oběžnou dráhu kolem Země 9 Centaurů pro urychlení k Měsíci, tři pro zbrzdění u Měsíce a přistání na něm, a po jednom pro dopravu osádky a nákladu zpět na Zemi. Už jen zajištění startu 14 nosných raket by byl problém, nehledě na komplikované otázky setkání a vzájemného spojení tolika objektů.

Proto se zástupci NASA spojili s vojáky v Huntsville, kteří jim potvrdili správnost jejich výpočtů a současně sdělili, že “na tom pracují také" a že navrhují silnější variantu Saturnu, označovanou C-2, která by umožnila let k Měsíci s využitím techniky setkání u Země. Buď by se zde prostě spojily jednotlivé moduly, nebo by se přečerpávalo palivo z tankovacích lodí do měsíční rakety. Že však také už pomýšlejí na konstrukci obří rakety, která by byla schopna letu “non-stop".

A tak si oba týmy rozdělily práci: vojáci se soustředili na rozpracování techniky setkávání, technici z NASA na přímý let. O tom např. referovali na 10. mezinárodním astronautickém kongresu v Londýně koncem léta 1959.

V listopadu téhož roku byly zahájeny v NASA studie požadavků na jednotlivé systémy (navigační, spojové, klimatizační, energetické) kosmické lodě k výzkumu Měsíce. Ukazovalo se totiž čím dále tím zřetelněji, že klíčovou otázkou při výběru způsobu letu i velikosti nosné rakety bude hmotnost vlastní kabiny pro osádku. Ze studií vyplynulo, že bude obtížné postavit návratový modul lehčí než 5 tun. NASA začal považovat v té době expedici lidí na Měsíc za předčasnou a nerealizovatelnou a proto v desetiletém plánu výzkumu vesmíru, který předložil 28. ledna 1960 Kongresu, předpokládá v období 1963 až 1964 vysazení bezpilotní sondy na povrch Měsíce a v letech 1965 až 1967 zahájení programu, vedoucího k obletu Měsíce s osádkou. Vlastní přistání lidí na Měsíci časuje na období “po roce 1970".

V rámci této změněné koncepce začal NASA připravovat návrh univerzální pilotované lodě, schopné operovat jak v okolí Země, tak v blízkosti Měsíce. Podle základních specifikací, stanovených v dubnu 1960 dr. Gilruthem, by měla mít hmotnost do 6800 kg pro oblet Měsíce a do 11 350 kg pro oblety Země, zásoby pro čtrnáctidenní let, možnost manévrování ve vesmíru, klimatizační systém umožňující práci bez skafandru tříčlenné osádce a vybavení palubními počítači, umožňujícími řídit let lodě bez pomoci ze Země; loď měla být schopna přistání na vodě i na souši.

O měsíc později byla zřízena zvláštní pracovní skupina, vedená Robertem O. Pilandem, jejímž úkolem bylo připravit podklady pro předběžnou studii této vícemístné kosmické lodě. Musíme si uvědomit, že v té době (konkrétně 9. května 1960) se teprve uskutečnila první zkouška záchranného raketového systému s první letuschopnou kabinou Mercury a balistický let amerického astronauta byl stále ještě v nedohlednu.

Kongresu se zdál přístup NASA příliš opatrnický. V červenci vydal Výbor pro vědu a astronautiku Sněmovny reprezentantů prohlášení, v němž se doslova praví: ,,Měl by být zahájen přednostní program přípravy pilotované expedice na Měsíc v tomto desetiletí. Její přesný plán by měl vypracovat NASA a předložit Kongresu. Tato akce by však měla být skloubena s ostatními programy tak, aby celkové náklady byly minimální. Znamená to dát hlavní důraz na stavebnicový přístup k řešení různých úkolů." Výbor také doporučil urychlit vývoj motorů F-1, potřebných pro superraketu Nova, hlouběji rozvinout výzkum na poli nukleárních raketových motorů a dalších nekonvenčních způsobů pohonu. Desetiletý plán NASA označil výbor za program dobrý, pokud se týče plnění cílů, které si NASA před sebe postavil, ale současně pokáral NASA za to, že tyto cíle nejsou dosti ambiciózní.

V té době dostala univerzální vícemístná kosmická loď jméno Apollo. Krátce po úspěšném přistání druhé sovětské kosmické lodě s psíky na palubě, koncem srpna 1960, se v Goddard Space Flight Center sešli zástupci průmyslových firem, aby se zástupci NASA probrali požadavky na novou kosmickou loď. Do konkursu se přihlásilo celkem 14 firem, z nichž nakonec NASA vybral v říjnu 1960 tři, aby vypracovaly předběžnou studii. Byly to firmy Convair/Astronautics Div. (General Dynamics Corp.), General Electric Co. a Martin Co.

V lednu 1961 na schůzi plánovacího výboru na ředitelství NASA ve Washingtonu poprvé vystoupil veřejně s návrhem použití techniky setkání na dráze kolem Měsíce pracovník Langley Research Center John C. Houbolt. Přestože myšlenka malého expedičního plavidla byla v té době téměř 40 let stará, narazil na silný odpor jak ze strany zástupců setkání na oběžné dráze kolem Země, vedených W. von Braunem, tak ze strany přívrženců přímého letu, vedených Melvynem Savagem. Na schůzce se nevyřešilo nic; bylo však dohodnuto, že všechny tři alternativy znovu zváží pracovní skupina vedená dr. George M. Lowem, která také dostala za úkol vypracovat v rámci přípravy rozpočtu NASA rozvahu o přípravách na skutečnou expedici na Měsíc. Za měsíc dostal náměstek ředitele NASA vyjádření, podle něhož lze Měsíce dosáhnout do konce desetiletí za cenu zhruba 7 miliard dolarů. Z alternativ letu předložila komise jen dvě; Houboltova myšlenka setkání u Měsíce byla opět zavržena. Houbolt se však nevzdal a vypracoval sám se svými spolupracovníky studii, ve které obhajoval svůj názor. Boj byl dlouhý a skončil pro Houbolta vítězně teprve v létě roku 1962.

V dubnu 1961 dostala americká prestiž další ránu: 12. 4. odstartoval do vesmíru Gagarin. Na nejvyšších amerických místech se začalo uvažovat o dosažení Měsíce člověkem jako jediné možné protiváze nového sovětského úspěchu. Prezident Kennedy si vyžádal urychleně dobrozdání od svých vědeckých poradců a 25. května pronesl historická slova ke Kongresu, jimiž byla zahájena cesta na Měsíc.

Tabulky, fotografie a nákresy k článku ,,Před útokem na Měsíc,,: (Snímky: archiv, NASA)

1. Na 10. astronautickém kongresu v Londýně v roce 1959 informovali odborníci z NASA o technice přímého letu na Měsíc; kresba zachycuje jednu z klíčových fází projektu - start z Měsíce
2. Dva různě koncipované modely kosmické lodě Apollo (vpředu D-2 s návratovou kabinou podobnou Sojuzu a vzadu R-3 s návratovou kabinou v podobě kluzáku) podle studie firmy General Electric z rozhraní let 1960/61
3. Od května 1960 do července 1962 se tvarové řešení Apolla radikálně měnilo. Hlavní tvarové rysy jednotlivých variant jsou zachyceny na připojené kresbě
4. V roce 1962 zpracoval v Langley Research Center J. C. Houbolt návrh letu na Měsíc se setkáním výsadkového modulu a velitelské lodi u Měsíce - tedy techniku letu použitou u Apolla