popis vývoje zkoušek a technických parametrů nosné rakety

Časopis Křídla vlasti č.21/1964

Pátého října 1958 - za rok po vypuštění první umělé družice Země, sovětského Sputnika 1 - byly ve Spojených státech oficiálně zahájeny přípravy letu člověka v umělé družici, ačkoli se o tomto tématu často hovořilo i v nejvyšších kruzích USA již dříve, v roce 1957, dokonce před startem sovětské družice. Realizací programu Mercury chtěly Spojené státy vyrovnat náskok Sovětského svazu, který vypouštěl stále těžší družice.

Prvořadým technickým úkolem bylo maximálně snížit riziko kosmického letu člověka a vytvořit v kosmické kabině přijatelné pracovní prostředí. Současně bylo nutno zintenzívnit studium funkcí lidského organismu v „kosmických" podmínkách.

Prvním důležitým krokem ve vývoji nosného systému byla volba vhodné rakety, zdánlivé jednoduchá a formální záležitost, protože se tehdy konkrétněji rýsovala pouze možnost použít mezikontinentální balistické střely Atlas. Ve skutečnosti to byl problém značné obtížný, hlavně vzhledem k dosti závažným neúspěchům při zkouškách této rakety, která ani nebyla schopna vynést na oběžnou dráhu kosmickou kabinu, jejíž váha měla značné přesahovat dvě tuny. Bylo tedy nutné podstatně snížit váhu kabiny, aby odpovídala „kapacitě" rakety Atlas. To se konstruktérům skutečně podařilo - pochopitelně však také na úkor pohodlí a do jisté míry i bezpečnosti kosmonauta. Docela trefně to vystihli američtí novináři při prvém veřejném předvádění kabiny; konstatovali, že „kosmonauta je nutno do kabiny doslova vsunout obouvací lžící". To však byla jenom jedna stránka problému. Druhou byla nedostatečná spolehlivost rakety a navíc špatné zkušenosti získané při realizaci projektu Vanguard (jenom necelých 30 % startů bylo úspěšných). Bylo tedy nezbytně nutné zvýšit spolehlivost nosného systému a nakonec řešit i otázku záchrany kosmonauta v případě, že by došlo k explozi I. stupně. Záchranný systém se skutečně osvědčil - hned při prvém pokusu s raketou Atlas MA-1 (29. 7. 1960). Po 65 vteřinách letu došlo k explozi I. stupně. Bezprostředně před avizovaným výbuchem „odnesl" výkonný raketový motor záchranného systému kabinu do bezpečné vzdálenosti; protože však tehdy ještě nebyla opatřena padákem, roztříštila se při dopadu na mořskou hladinu.

Když byly takto překlenuty prvé potíže a s raketou Atlas se začalo definitivně „počítat" (druhá alternativa, použití rakety Titan, nepřicházelo v úvahu, protože její vývoj probíhal pomaleji než se původně předpokládalo), objevil se další problém. Bylo potřeba ověřit aerodynamické vlastnosti kabiny, aby se dosáhlo optimálního tvaru, její mechanickou odolnost vůči přetížení, tepelnou odolnost proti účinkům aerodynamického ohřevu při průletu hustými vrstvami atmosféry, manévrovatelnost apod. Pro tyto zkoušky však byla raketa Atlas příliš drahá - a v té době ještě nespolehlivá. Řešení se našlo v použití rakety Little Joe, sestavené - speciálně pro tento účel - z tehdy dostupných dílů.

Raketa (start, váha cca 20 tun) měla celkem osm motorů s tuhými pohonnými hmotami, z nichž čtyři pracovaly po 25 vteřin (motory Castor) a čtyři po 1,5 vteřiny; v okamžiku startu vyvíjely motory celkový tah okolo 115 Mp. Z celkové výšky 15,5 m připadalo na raketu 7,3 m, na kabinu 3,3 m a na konstrukci se záchranným zařízením 4,9 m.

Raketa Little Joe, která dosahovala výšek až 100 km, své posláni splnila. Urychlila a zlevnila vývoj kabiny Mercury (podobné kombinace se používá i nyní – r.1964 pro vývojové zkoušky v rámci „měsíčního" projektu Apollo) a uplatnila se i při zkouškách záchranného systému (s raketovým motorem o průměru 0,46 m a tahem 25 Mp po dobu 0,6 vteřiny), stabilizačních a brzdicích padáků apod. Let v kabině vynesené raketou Little Joe absolvoval i živý tvor, šimpanz Sam (zkoušky vlivu přetížení při startu).

V přípravných fázích projektu Mercury bylo použito také rakety Redstone; nemohla sice vynést kosmickou kabinu na oběžnou dráhu, ale mohla ji dopravit po balistické dráze na vzdálenost několika set kilometrů.

„Starý kůň" (jak raketu Redstone familiárně nazývali američtí odborníci, a to zejména proto, re se příliš nelišila konstrukci - a již vůbec ne osobou hlavního konstruktéra - od německé V-2), se tedy znovu uplatnil (modifikovaná Redstone - Juno 1 - vynesla 31. ledna 1958 na oběžnou dráhu první americkou družici Explorer 1), ačkoli předtím, někdy v roce 1958, bylo použití rakety Redstone pro tento účel zamítnuto s tím, že „takový let by byl jenom artistickou produkcí".

Hlavním úkolem rakety Redstone byly letové zkoušky kabiny za podmínek, které by se více blížily skutečnému letu. Po závěrečném pokusu se šimpanzem Ham byly pak uskutečněny dva lety po balistické dráze (Alan B. Sheppard - 5. 5. 1961, a Virgil I. Grissom - 21. 7. 1961).

V té době byla již raketa Atlas v podstatě připravena; vážné závady vyskytující se při použití většího užitečného zatížení, které ohrožovaly zdar letu (za letu docházelo - následkem práce motorů a vlivem odporu prostředí - v přední části rakety k vibracím, které vedly k rezonanci a k porušení pevnosti trupu a dokonce ke zborcení nosové části rakety), se podařilo odstranit zesílením ocelových plechů u čela nádrže a u adaptéru až na 1 mm a dále třemi podélnými výztuhami v adaptéru (viz. Atlas Agena B). Na rozdíl od sériových raket typu Atlas byly rakety Atlas Mercury opatřeny ještě speciálním kontrolním ústrojím, sledujícím jak činnost motorů a jejich příslušenství, tak celkovou pevnost rakety. Toto kontrolní ústrojí signalizovalo jakoukoli abnormalitu (optické signály v kabině), popřípadě mohlo automaticky uvést v činnost záchranné zařízení.

Vývoj rakety Atlas Mercury si vyžádal celkem na 1 200 000 zkoušek spolehlivosti většiny součástí rakety i kabiny (tj. těch zařízení, která měla nějakou souvislost s funkcí nosně rakety). Při každém ze šesti letů amerických kosmonautů s raketami Redstone a Atlas však přesto nefungovalo zcela správně v průměru kolem deseti součástek. Znovu se potvrdilo, že nároky na spolehlivost raketově techniky jsou ještě mnohem přísnější a nekompromisnější než obdobné požadavky na spolehlivost leteckého materiálu.

Program Mercury a rakety Atlas Mercury, které se v podstatě osvědčily - jak také konstatuje souhrnná zpráva o tomto projektu, vydaná v roce 1963 - jsou už sice „historií", ale další využití rakety Atlas je zajištěno ještě po řadu let - ať již v kombinaci Atlas Agena B nebo zejména v perspektivní verzi Atlas Centaur.

Příklad časového schématu pro start nosné rakety Atlas Mercury a přistáni kabiny

START +
0 s - start nosné rakety
129-131 s - ukončení funkce startovacích motorů
132-134 s - oddělení startovacích motorů
153-154 s - odhození konstrukce se záchranným zařízením
301-305 s - ukončení funkce letového motoru
403-407 s - oddělení kabiny od nosné rakety

PŘISTÁNÍ -
756 s - zažehnutí TPH v prvním brzdicím motoru
751 s - zažehnutí TPH ve druhém brzdicím motoru
746 s - zažehnutí TPH ve třetím brzdicím motoru
696 s - oddělení brzdicích motorů
686 s - zasunutí periskopu do kabiny
322 s - vypuštění stabilizačního padáku
284 s - vypuštění hlavního padáku
180 s - automatické nahuštění gumového „pol­štáře", tlumícího přistávací náraz
0 s - přistání na vodní hladinu

ATLAS MERCURY (USA)

Vývoj: 1958 - 1961
Použití: 1962 - 1963
Váha rakety při startu (cca): 117 900 kg
Celková délka: 26,82 m
Maximální šířka trupu: 4,88 m
Užitečné zatížení (kabina Mercury, jejíž váha se měnila; prázdná váha - cca): 1000 kg
Celková délka kabiny se záchranným systémem: 7,91 m
délka kabiny: 3,34 m
délka kabiny bez brzdicích motorů: 2,92 m
maximální průměr kabiny: 1,89 m
Počet stupňů (raketa Atlas považována za jednostupňovou): 1
Zadavatel vývoje: NASA

I. stupeň (raketa Atlas D): (řešitelé - viz Atlas Able, KV č. 18/1964)
váha (nebyla zvlášť udávána - cca): 116 000 kg
délka: 18,44 m
maximální průměr: 3,05 m
pohonné hmoty: KPH - kapalný kyslík, kerosin (RP 1)
obsah pohonných hmot (odhad - cca): 105 000 kg
tah startovacích motorů LR 89: 2 x 68,1 - 74,5 Mp
tah letového motoru LR 105: 1x 27,2 - 32,6 Mp
doba funkce startovacích motorů (cca): 130 s
doba funkce letového motoru (cca): 300 s
specifický impuls (cca): 250 kp.s/kg
konstrukce: viz Atlas Able; zesílené čelo nádrže a adaptér z plechu o síle 1 mm, vyztužený třemi podélníky

Poznámka: Všechny hodnoty mají pouze informativní charakter. Údaje z různých pramenů se liší v dosti širokých mezích; pro přehled byly zvoleny hodnoty, které jsou nejpravděpodobnější a objevuji se nejčastěji.

PŘEHLED NEJDŮLEŽITĚJŠÍCH POKUSŮ S RAKETAMI V RÁMCI PROJEKTU MERCURY:

21.8.1959 - Little Joe 1 neúspěšný; závadou v elektrickém vedení byl předčasně uveden v činnost záchranný systém a kabina byla zničena při dopadu;

9. 9.1959 - Atlas (Big Joe 1) úspěšný; zjišťování letového namáhání;

4.10.1959 - Little Joe 1 (6) úspěšný; zkouška rakety;

4.11.1959 - Little Joe 2 (1A) úspěšný; zkouška záchranného systému;

4.12.1959 - Little Joe 3 (2) úspěšný; zkouška záchranného systému, fyziologický výzkum (opička Sam);

21.1.1960 - Little Joe 4 (1B) úspěšný; zkouška záchranného systému, fyziologický výzkum;

29.7.1960 - Atlas MA-1 exploze rakety po 65 vteřinách;

8.11.1960 - Little Joe 5 neúspěšný; kabina se neoddělila;

21.11.1960 - Redstone MR-0 (1) neúspěšný; kabina se oddělila již při startu;

19.12.1960 - Redstone MR-1 (1A) úspěšný; letová zkouška kabiny;

31.1.1961 - Redstone MR-2 úspěšný; fyziologický výzkum (šimpanz Ham);

21.2.1961 - Atlas MA-2 úspěšný; měření tepelného namáhání kabiny;

18.3.1961 - Little Joe 5A částečně úspěšný; opakování pokusu z 8. 11. 1960

25.4.1961 - Atlas MA-3 neúspěšný; raketu bylo nutno zničit 40 vteřin po startu pro odchylku od kursu; předtím se však podařilo oddělit a zachránit kabinu;

28.4.1961 - Little Joe 5B úspěšný; zkouška oddělení kabiny;

5.5.1961 - Redstone MR-3 úspěšný; let A. B. Shepparda po balistické dráze;

21.7.1961 - Redstone MR-4 úspěšný; let V. I. Grissoma po balistické dráze;

13.9.1961 - Atlas MA-4 úspěšný; oblet Země s „umělým kosmonautem";

29.11.1961 - Atlas MA-5 úspěšný; oblet Země se Šimpanzem Enos;

20.2.1962 - Atlas MA-6 úspěšný; let J. H. Glenna (3 oblety Země);

24.5.1962 - Atlas MA-7 úspěšný; let M. S. Carpentera (3 oblety Země);

3.10.1962 - Atlas MA-8 úspěšný; let W. M. Schirry (6 obletů Země);

15.-17.5.1963 - Atlas MA-9 úspěšný; let L. G. Coopera (22 obletů Země).

Snímky a originály kreseb: NASA

1. Atlas Mercury – foto startu nosné rakety
   
   
2. Atlas Mercury – schématický nákres nosné rakety
   
   
3. Atlas Mercury - Schéma typické dráhy nosné rakety Atlas Mercury a přistání kabiny:
   1 - start nosné rakety (0 s, rychlost 1470 km/s),
   2 - ukončeni funkce startovacích motorů (131 s, výška 61,74 km, horizontální vzdálenost od místa startu 71 km, rychlost 11 302 km/h); o 3 s později oddělení startovacích motorů (134 s, výška 65 km, horizontální vzdálenost 77 km, rychlost 11 412 km/h); o 20 s později odhozeni konstrukce se záchranným zařízením (154 s, výška 88 km, horizontální vzdálenost 122 km, rychlost 12 180 km/h),
   3 - ukončeni funkce letového motoru a řídicích motorů (305 s, výška 161 km, horizontální vzdálenost 703 km, rychlost 28200 km/h); o 1 s později oddělení kabiny od nosné rakety (306 s, výška 161 km, horizontální vzdálenost 710 km, rychlost 28 255 km/h),
   4 - orientace kabiny na oběžné dráze,
   5 - poloha kabiny za letu na oběžné dráze,
   6 - zapnuti brzdicích motorů (v intervalech 5 s),
   7 - asi o 50 s později oddělení brzdicích motorů a orientace kabiny před počátkem snosu (vstupu do hustých vrstev atmosféry),
   8 - vypuštění stabilizačního padáku,
   9 - vypuštění hlavního padáku,
   10 - přistání (předtím vypuštění malého balónu s pomocným vysilačem)
   
   
4. Atlas Mercury (měřítko 1:150) - řez nosnou raketou:
   1 - startovací motory,
   2 - ovládací zařízení pro natáčení motorů,
   3 - letový motor,
   4 - potrubí pro odvod plynů od turbíny turbočerpadlového agregátu,
   5 - turbočerpadla KPH pro startovací motory (instalovaná ve startovacím „půlstupni”, který se odděluje; turbočerpadla KPH pro letový motor nejsou - z nedostatku místa - zakreslena),
   6 - kulové nádrže na plynné helium (celkem 6 nádrží, z toho 1 pro letový motor) pro tlakování hlavních nádrží KPH,
   7 - potrubí pro tlakování hlavní nádrže na kapalný kyslík,
   8 - potrubí pro přívod kapalného kyslíku,
   9 - hlavní nádrž na kapalný kyslík,
   10 - hlavní nádrž na palivo,
   11 - izolované čelo hlavní nádrže na palivo,
   12 - řídicí raketové motory,
   13 - kryt elektrického vedení a spojovací potrubí,
   14 - gyroskop naváděcí soustavy,
   15 - tlakovaná pouzdra pro autopilota, elektroniku naváděcí soustavy atd.,
   16 - ochranné kryty trysek startovacích motorů (ochrana před vysokou teplotou),
   17 - speciální adaptér,
   18 - trysky brzdicích motorů,
   19 - kabina Mercury,
   20 - prostor pro uložení padáků,
   21 - nosná konstrukce záchranného systému,
   22 - raketový motor záchranného systému,
   23 - rychloměrná sonda záchranného systému

----------------------------------------------

Přepis článku : M.Filip, 8.5.2005