STS-87 / USMP-4 / Spartan 201-4

STÁVKUJÍCÍ DRUŽICE

Mgr. ANTONÍN VÍTEK, CSc.

Po úspěšném zakončení vědecké mise STS-94 přistáním na Kennedy Space Center 18. července 1997 putoval družicový stupeň nejstaršího amerického raketoplánu do haly č. 2 budovy OPF k poletovému odstrojení. První průzkum tepelné ochrany neodhalil žádné nadměrné opotřebení ani po šestnáctidenním kosmickém letu. Technici sice nalezli 90 poškozených dlaždic, ale jen 12 poškození mělo rozměry převyšující 25 mm.

Jako obvykle došlo na výměnu hlavních motorů SSME. Montáž nových jednotek výr. č. 2031 (uskutečnila již 15 vzletů a při celkově 21 zážezích nashromáždila 10 228 sekund provozu), 2039 (3 vzlety, 5 zážehů, 2317 s) a 2037 (4 vzlety, 7 zážehů, 2250 s) zahájili technici 23. září. Mezitím v hale č. 3 budovy VAB dokončili sestavování motorů SRB výr. č.BI-092 a 25. září započali s připevňováním odhazovací nádrže ET výr. č. SN-89.

Přesun družicového stupně do VAB proběhl v brzkých ranních hodinách 24. října 1997 a o den později byl již mechanicky připojen k ET a SRB. Hlavní užitečné zatížení - automatická materiálová laboratoř USMP-4 - již bylo také v budově O&CB připraveno k letu a o tři dny později putovalo v přepravním pouzdře na rampu 39B, kde ho technici umístili do "bílého pokoje" v otočné obslužné věži RSS.

Testy propojení družicového stupně s ET a motory SRB dokončili technici 28. října a následujícího rána kolem 07:00 místního času EST se celá sestava vydala na rampu, kam dorazila kolem 14:45 EST. V sobotu 1. listopadu uložili technici na rampě užitečné zatížení USMP do nákladového prostoru raketoplánu.

Po dalších úspěšných prověrkách se 3. listopadu sešla komise FRR, která stanovila datum startu na 19. listopadu 1997 na 14:46 EST (19:46 UT). Teprve poté, ve dnech 4.-5. listopadu, proběhlo za účasti letové osádky zkušební odpočítávání TCDT, které jako obvykle proběhlo zcela hladce, takže termín startu nebylo nutno měnit.

Těsně před vlastním zahájením ostrého odpočítávání 16. listopadu dorazila znovu na Cape Canaveral letová osádka ve složení velitel Kevin R. Kregel (STS-70 v červenci 1995 a STS-78 v červnu 1996), pilot mjr. USAF Steven W. Lindsey (nováček), letoví specialisté nám. kpt. USN Winston E. Scott (STS-72 v lednu 1996), dr. Kalpana Chawla, dr. Takao Doi z japonské NASDA a specialista pro užitečné zatížení plk. Leonid K. Kadenjuk z ukrajinské Národní kosmické agentury. Tři posledně jmenovaní se dosud žádného kosmického letu nezúčastnili.

Countdown začal v 15.00 EST (20.00 UT) jako obvykle od T -43 hodin a obsahoval celkem 28 hodin a 46 minut plánovaných přerušení. To se vyplatilo už v pondělí 17. listopadu, kdy technici museli nahonem opravovat netěsnost na rampě. Při profukovaní potrubí pro přívod vodíku netečným heliem ho dorazilo od zásobníků k palivovým článkům jen asi polovina. Technici včas objevili nedostatečně utažený spoj a závadu odstranili. Plnění nádrží v trupu raketoplánu i na paletě EDO (Extended Duration Orbiter), umožňující prodloužený pobyt raketoplánu ve vesmíru, tak mohlo být ukončeno ještě týž den v noci.

Pak již pokračovaly přípravy vcelku hladce, až na počasí. Meteorologové dávali jen šedesátiprocentní šanci na start v termínu. Naštěstí byla tu možnost odkládat start až do 23. listopadu; pak už by musely být vyměněny některé vzorky v USMP-4.

Večer 18. listopadu byla odsunuta obslužná věž RSS do startovní pozice, aby pozemní osádka mohla zahájit přípravy na plnění nádrže ET kapalným kyslíkem a vodíkem, které proběhlo ráno 19. listopadu mezi 06:32 a 09:29 EST. To už letová osádka měla po budíčku.

Na rampu astronauti dorazili v 11:46 EST a za pomoci techniků nastoupili do raketoplánu. Když za posledním z nich - byl to Winston Scott - zapadl ve 13.20 EST vstupní průlez, zjistili technici, že netěsní. Proto ho museli znovu otevřít a vyměnit poškozené těsnění. To byl poslední problém před startem, protože i počasí se mezitím umoudřilo. Po dvou posledních plánovaných přerušeních v T -20 min a T -9 min vzlétl raketoplán Columbia ke své 24. expedici do vesmíru přesně podle plánu 19. listopadu 1997 v 19:46:00,070 UT.

Průběh vzletu byl normální. Motory SRB dohořely a byly odhozeny v T +123,7 s; hlavní motory SSME vypojily počítače v T +509,6 s. Poprvé během motorického navádění na dráhu došlo ke změně letových pravidel: přibližně v T +6 min se družicový stupeň dosud letící v poloze "na zádech" otočil kolem podélné osy o 180°. To umožnilo v posledních minutách startu navázat spojení s řídicím střediskem v Houstonu přes družici TDRS. Takový postup bude napříště standardní, protože dosud sloužila pro přenos telemetrických dat a pro fonické spojení s osádkou pozemní stanice na Bermudách, kterou však hodlá NASA z úsporných důvodů koncem roku 1997 uzavřít.

Deset sekund po vypojení motorů odhodil raketoplán již nepotřebnou nádrž ET a po malém úhybném manévru motory RCS pokračoval do apogea suborbitální dráhy, kde manévrem OMS-2 přešel na operační dráhu ve výši 283-287 km (plán 282-286 km), s periodou 90,22 min a se sklonem 28,47° k rovníku. Po krátkých prověrkách dostala osádka souhlas se zahájením operací na oběžné dráze a otevřela dveře nákladového prostoru.

Tento den se astronauti na palubě raketoplánu omezili na aktivování automatické laboratoře USMP-4 přibližně 4 hodiny po startu. Scott spustil zařízení CHeX na výzkum tepelného chování ultratenkých integrovaných obvodů v prostředí kapalného hélia a přístroj na přípravu dendritických krystalů. Chawla dala do provozu dvě pece - AADSF a MEPHISTO - a v pozdním odpoledni spolu s japonským specialistou prověřila funkčnost manipulačního boxu na obytné palubě.

První plný den na oběžné dráze - 20. listopadu - zahájili astronauti budíčkem v 07:45 houstonského času (CST, tj. 13:45 UT). Hned po probuzení byli informováni, že došlo ke změně letového plánu. Vypuštění astronomické družice Spartan 201-4, plánované původně na 20. listopadu, muselo být odloženo o 24 hodin. Důvodem byla porucha na družicové observatoři SOHO, která krátce před vzletem Columbie přešla pro závadu na zdrojové jednotce stabilizačního systému do bezpečnostního módu. I když se technikům podařilo obnovit činnost zdroje elektřiny ještě týž den, vyžádali si dodatečný čas na prověrky neposlušné observatoře. Hlavním úkolem Spartanu měla být souběžná pozorování Slunce, aby tak mohly být znovu kalibrovány přístroje na palubě družice SOHO, vypuštěné v prosinci 1995.

Pokračovali však v experimentech. Chawla a Doi uskutečnili v boxu na obytné palubě první z plánovaných experimentů s přípravou kovových slitin ze špatně mísitelných složek. Pece, které spustila Chawla předchozí den, pomalu nabíhaly na pracovní teplotu. V peci MEPHISTO začala při teplotě kolem 750 °C příprava prvních monokrystalů vizmutu s příměsí cínu. Vědci na Zemi mezitím jásali nad televizními snímky rostoucích dendritických krystalů.

Během kalibrace zařízení CHeX bylo dosaženo neuvěřitelné citlivosti měření teploty na jednu desetimiliardtinu stupně. Chawla také všestranně prověřila "kanadskou ruku" v rámci přípravy na vypuštění družice Spartan.

Pozdě večer začalo zpracovávání prvních vzorků telluridu olovnatocínatého na automatické peci AADSF. Osádka šla v dobré náladě spát. Observatoř SOHO byla v pořádku a astronauti se těšili na vypuštění družice Spartan.

V pátek 21. listopadu bylo vše připraveno. Chawla vyzvedla v 19:26 UT půldruhatunový Spartan z jeho lůžka v nákladovém prostoru manipulátorem RMS a držela ho vysoko nad trupem raketoplánu. Po dokončení prověrek ho ve 21:05 UT vypustila k samostatnému letu.

Družice teď během prvních 90 sekund samostatného letu měla provést několik zkušebních obratů, aby se potvrdilo, že její stabilizační systém pracuje správně. Žádný manévr však neproběhl.

Astronauti čekali podle instrukcí plné tři minuty a pak Chawla, poslušna letového plánu, začala přibližovat "kanadskou ruku" k družici, aby ji znovu zachytila a uložila do nákladového prostoru. Přitom však minula záchytnou kotvičku. Náraz RMS uvedl družici do pomalé rotace a ta se začala vzdalovat. Další pokus o zachycení nebyl zatím možný, protože kotvička se otočila směrem od raketoplánu. Piloti vyrovnali rychlost mezi oběma tělesy a udržovali vzdálenost asi 25 metrů.

"Děláme, co můžeme," hlásili astronauti, zatímco Chawla čekala na další příležitost. "Ale pořádně rotuje a my čekáme, až se dobře natočí."

Mezitím probíhalo v Houstonu horečné jednání. Družice měla pracovat v plně automatickém režimu a zdálo se, že její palubní počítač se vypojil. Přibližně za hodinu, kdy už bylo vše ztraceno, protože i palubní časovací zařízení odpojilo stabilizační systém, středisko doporučilo další pokusy vzdát. Velitel Kregel sice odporoval, že družice je na dosah a že je jen otázkou času, až se vhodně natočí, ale nakonec musel uznat, že let v blízké formaci jen tenčí nevelké zásoby pohonných látek a odmanévroval raketoplán do bezpečné vzdálenosti 4 až 5 kilometrů, která se pak samovolně zvětšovala.

Také na Zemi zatím odložili rozhodnutí o dalším osudu Spartanu v hodnotě 10 milionů USD na další den.

Brzy ráno 22. listopadu, když Spartan již byl asi 65 km daleko, padlo v Houstonu rozhodnutí, že o zachycení neovladatelné družice se v rámci plánovaného výstupu do volného prostoru pokusí astronauti Scott a Doi v pondělí večer a to i za cenu toho, že podstatnou část nácviku montážních prací v rámci příprav na stavbu stálé kosmické stanice ISS bude nutno zrušit. Přitom tento nácvik již měl roční zpoždění; původně měl proběhnout v listopadu 1996, kdy však zablokovaný výstupní průlez raketoplánu Columbia astronautům vycházku zcela znemožnil. Nový pokus o zachycení manipulátorem RMS vedení letu odmítlo vzhledem k rotaci družice, byť činila jen asi 1° až 2° za sekundu. Nevyloučili však možnost znovuvypuštění družice před koncem letu za předpokladu, že zásoby pohonných látek Columbie umožní plánovat další setkávací manévr a že samotný Spartan bude možno znovu oživit.

"Jsem si jist, že ho chytíme a vrátíme zpět," utvrzoval všechny letový ředitel Lee Briscoe. "Ruční zachycení družic jsme už zkusili v minulosti mnohokrát, jak ve dvojicích astronautů, tak ve trojici. Dokonce i jeden muž dokázal zachytit družici, která vážila mnohem více než tato, a to stál na plošince na konci manipulátoru. Co se týče dalšího programu, tak uděláme, co bude v našich silách."

Oba astronauti prošli sice výcvikem ručního zachycení Spartanu, ale za předpokladu, že je plně stabilizován. Příčiny selhání Spartanu byly stále nejisté. Nedala se vyloučit ani mechanická či elektronická závada na družici, ale jako nejpravděpodobnější se jevila lidská chyba. Chawla mohla v průběhu příprav družice k vypuštění přeskočit jednu jedinou instrukci a to mohlo způsobit přerušení incializačního programu a resetování palubního počítače Spartanu ihned po jeho uvolnění.

Na palubě raketoplánu v sobotu a v neděli úspěšně pokračovaly materiálové experimenty v USMP-4 a v manipulačním boxu. Ukrajinec se věnoval převážně palubnímu skleníku CUE, zatímco v Houstonu připravovali podrobný plán výstupu do volného prostoru. Astronaut James Wetherbee strávil několik hodin v simulátoru a doporučil, aby Scott a Doi zaujali místa na nosné konstrukci lůžka Spartanu a vyčkávali, až se k nim družice vhodně orientuje. Animovaná sekvence celého navrhovaného postupu byla pak odeslána na palubu raketoplánu.

V neděli 22. listopadu večer snížili astronauti jako obvykle před plánovaným výstupem tlak ve vnitřních prostorách z 1014 hPa na 703 hPa, což odpovídá výšce kolem 3000 metrů nad mořem. To pomáhá odstranit z krve nežádoucí dusík, který by mohl při prudké dekompresi způsobit závažné zdravotní potíže, ne-li smrt.

Pozdě v neděli večer provedli piloti drobnou korekci dráhy, kterou zastavili další vzdalování Spartanu od raketoplánu ve vzdálenosti 74 km. Pak, kolem 10:46 UT (to už bylo pondělí 23. listopadu), šli konečně spát.

Budíček byl ve 12:46 CST (18:46 UT). Oblékat skafandry si Scott a Doi začali kolem 15:00 CST (21:00 UT). Během příprav k výstupu piloti zahájili sérii korekcí dráhy vrcholící jedenáctisekundovým manévrem TI ve 22:51 UT, který přivedl raketoplán v 00:25 UT (24. listopadu) do bezprostřední blízkosti družice. To už byl výstup obou astronautů do prostoru v plném proudu.

Scott a Doi přepojili svoje skafandry na autonomní baterie - to je podle NASA oficiální začátek výstupu čili EVA - v 00:02 UT. O 14 minut později otevřeli výstupní průlez a vystoupili do nákladového prostoru. Okamžitě se začali připravovat na zachycení družice, ke které se raketoplán blížil rychlostí kolem 0,1 m/s. Kolem 00:25 UT, v době, kdy Kregel vyrovnával rychlost obou těles, zaujali místa na příhradovém nosníku a zajistili svoje nohy v poutacích smyčkách. Teď nezbývalo, než trpělivě čekat na vhodnou příležitost. Bylo totiž nutno zachytit volně se převracející družici v okamžiku, kdy bude správně orientována vůči nákladovému prostoru.

Podle původních předpokladů měla být uložena do svého lůžka přibližně dvě a čtvrt hodiny po začátku EVA, ale tento předpoklad se ukázal jako příliš optimistický. Piloti udržovali vzájemnou polohou obou těles s centimetrovou přesností, což znamenalo další nežádoucí spotřebu pohonných látek. Teprve v 02:09 UT se podařilo Scottovi zachytit Spartan za trn vyčnívající z boku družice, zatímco Doi uchopil o několik sekund později tubus dalekohledu. "Teď když ho máme, pane Doi," zvolal vítězoslavně Scott, "tak musíme vymyslet co s ním uděláme."

Nejprve ho pootočili, aby Scott mohl družici pevněji uchopit a pak ji začali stahovat dolů, do nákladového prostoru. To se ukázalo být mnohem obtížnější a fyzicky namáhavější, než se čekalo. Teprve, když na doporučení řídicího střediska jim pomohla Chawla manipulátorem, podařilo se jim v 02:23 UT uložit vzpurnou družici do jejího lůžka.

Teprve potom se mohli oba astronauti věnovat zkrácenému nácviku montážních prací pro kosmickou stanici. Hlavním bodem programu bylo vyzkoušení malého "jeřábu" pro přemísťování maket kontejnerů ORU (Orbital Replacement Unit), jejichž hmotnost obnášela několik stovek kilogramů. Vzhledem k tomu, že oba byli v dobré kondici a že zásoby kyslíku v jejich skafandrech byly více než dostačující, rozhodlo řídicí středisko prodloužit trvání jejich výstupu, který nakonec skončil až v 07:45 UT. Krátce před tím, než se vrátili do přechodové komory, Doi poslal pozdravy svým krajanům do Japonska.

K zaslouženému odpočinku se pak celá osádka uložila kolem 11:46 UT.

Na Zemi se zatím stále uvažovalo o tom, zda Spartan znovu vypustit či nikoliv. Každopádně se nedalo počítat s plnými původně plánovanými 48 hodinami volného letu; vedení řídicího střediska počítalo se 6, nejvýše 20 hodinami. I tak astronomové, netrpělivě čekající na kalibraci přístrojů observatoře SOHO, kroužící kolem libračního bodu L1 soustavy Země-Slunce ve vzdálenosti kolem 1 miliónu kilometrů od naší planety, by byli za zkrácenou misi vděčni. Nicméně vedení letu definitivní rozhodnutí odložilo o několik dní.

Po budíčku 26. listopadu v 19:46 UT se osádka s novou chutí pustila do vědeckých experimentů. Scott a Doi samozřejmě ukládali nářadí a další vybavení, které použili během včerejší vycházky.

Krátce po snídani se s japonským astronautem spojili japonský ministr pro vědu a techniku Sakadzu Tanigaki a viceprezident národní kosmické agentury NADSA Tomifumi Godai, aby mu pogratulovali k prvnímu výstupu Japonce do volného kosmického prostoru.

Gratulace byly vůbec jak na běžícím pásu. O den později popřál sám prezident Bill Clinton osádce vše nejlepší ke Dni díkůvzdání. Ocenil skutečnost, že v den, kdy celá Amerika slaví svátek v rodinném kruhu, oni úsilovně pracují na oběžné dráze. Samozřejmě se nevyhnul ani ocenění úspěšné akce na záchranu družice Spartan.

Na palubě pokračovaly úspěšně vědecké pokusy. Chawla a Doi se jako obvykle věnovali pokusům v manipulačním boxu na obytné palubě. Spolu s nimi tam trávil většinu času i ukrajinský astronaut Kadenjuk, neúnavně pečující o drobné semenáčky sóji ve skleníku CUE. Tohoto experimentu se účastní i ukrajinští a američtí studenti.

Scott měl zase dozor nad činností pecí v komplexu USMP. Kromě toho si oblekl speciální vestu ISDS, umožňující pomocí ultrazvukové sondáže sledovat proudění krve v lidském těle. V pátek 28. listopadu se Kregel a jeho kolegové pustili do nových prověrek systémů družice Spartan, aby se zjistilo, zda je technicky schopná nového pokusu o samostatný let. Chawla se v průběhu dne věnovala zajímavému experimentu v manipulačním boxu. Sledovala závislost chování plamene při spalování plynného paliva v závislosti na měnící se rychlosti proudění vzduchu. Tyto studie mají velký význam jak pro rozvoj technik fluidního spalování v průmyslu, tak např. i pro zvyšování účinnosti proudových motorů.

Podobně nabitá byla i sobota. Astronauti pokračovali v prověrkách Spartanu i ve vědeckých pokusech.

V neděli 30. listopadu se sešel management letu a definitívně rozhodl, že druhý pokus o vypuštění Spartanu se neuskuteční. Hlavním důvodem byl nedostatek pohonných látek pro motory OMS. Neplánovaná spotřeba při dalších setkávacích manévrech by mohla způsobit, že by řídicí středisko nemělo k dispozici některé z plánovaných možností k přistání, vyžadujících intenzívnější brzdicí manévr při sestupu z oběžné dráhy. Kromě toho by nové vypuštění negativně ovlivnilo pokusy probíhající v laboratoři USMP-4. Místo toho začalo středisko MCC v Houstonu uvažovat o opakování výstupu Scotta a Doiho, aby se dokončily prověrky nářadí pro ISS. Definitivně plán druhé EVA schválili ředitelé letu 1. prosince. Astronauti se o tom dozvěděli hned po budíčku v 11:46 UT.

"Myslíme, že na tom můžeme jen vydělat," oznámil novinu osádce vedoucí týmu astronautů Greg Harbaugh. "Domníváte se, že to stojí za další námahu a problémy s tím spojené?"

"Samozřejmě ano," souhlasil velitel Kregel. "Bude to skutečně výborné, když využijeme té příležitosti, že hoši, kteří to už zkusili, to zkusí ještě jednou, než to budeme dělat naostro na stanici."

Následující den, 2. prosince, kromě příprav na nový výstup včetně obligátního snížení tlaku v obytných prostorách před koncem pracovního dne, se osádka věnovala především materiálovým experimentům v manipulačním boxu. O pokusy v USMP-4 se starali vědci ze Země ze střediska POCC v Marshall Space Flight Center v Huntsville na dálku. Den druhé vycházky nastal 3. prosince. Scott a Doi, ještě v přechodové komoře, přepojili svoje skafandry na vlastní baterie v 08:09 UT, o hodinu později, než byl původní plán. Osádka totiž potřebovala více času na dokončení běžných prací na konfiguraci běžících pokusů.

Během vycházky plánované na čtyři a půl hodiny, pokračovali oba astronauti zejména v prověřování přenosného výsuvného "jeřábu" o maximální délce 5,25 m, u kterého se při první vycházce vyskytly drobné problémy, týkající se metod upínání přenášených nákladů. Tentokrát zkoušeli přenést pětadvacetikilogramovou cívku s kabelem. S ní byla práce mnohem snadnější, než s velkou maketou bloku baterií. Scott a Doi také vypustili malou autonomní družici AERCam Sprint. Jednalo se o kulové těleso o průměru 355 mm a hmotnosti 16 kg nesoucí dvě televizní kamery a vybavené manévrovacím systémem s 12 tryskami na stlačený dusík. Řídil ho od zadní palubní desky Steve Lindsey. Maximální rychlost, kterou se těleso pohybovalo, nepřevýšila z bezpečnostních důvodů 80 mm/s a nikdy se nevzdálilo od raketoplánu více jak na 12 metrů. I když se původně plánovala jen půlhodinová zkouška, nadšený Lindsey ho proháněl nad nákladovým prostorem plných 72 minut, než Scott zachytil AERCam za látkové poutko a uložil ho zpět do lůžka. Toto zařízení má být v budoucnosti využíváno k inspekci vnějšku kosmické stanice ISS. To již bude vybaveno autonomním naváděcím systémem s prvky umělé inteligence. Vycházka skončila úspěšně po 4 hodinách 49 minutách a 40 sekundách.

Čtvrtek 4. prosince byl již předznamenán blížícím se návratem na Zemi. Piloti prováděli obvyklé prověrky palubních systémů raketoplánu, zatímco ostatní členové osádky ukončovali pokusy a ukládali výsledky pokusů i další předměty na určená místa.

První astronautku narozenou v Indii, Kalpanu Chawlu, pozdravil indický ministerský předseda Kumar Gudžral. "Vaše cesta do vesmíru rozšířila obzory vědy a techniky," řekl, "a také současně vytvořila nový pevný most mezi Indií a Amerikou." Chawla vyrostla v Karnalu, malém městě poblíže Dillí a přišla v roce 1982 do USA studovat. O osm let později získala americké občanství.

V řídicím středisku v Houstonu zatím hodnotili počasí. Přes Floridu sice postupovala silná studená fronta, ale podle předpovědi meteorologů se měla ještě ve večerních hodinách přesunout nad oceán. Předpověď na pátek byla natolik optimistická, že se ředitelé letu rozhodli nepřipravovat základnu Edwards na možné přistání.

V pátek 5. prosince vše klaplo na jedničku. Astronauti uzavřeli nákladový prostor a piloti v 11:21 UT zažehli na 152 sekund motory OMS. Tím se snížila rychlost raketoplánu přibližně o 75 m/s, ten přešel na dráhu ve výši 17-276 km a začal sestupovat do atmosféry, jejíž pomyslnou hranicí ve výši 121 km prolétl v 11:49 UT. Po standardním průběhu letu atmosférou dosedl ve 12:20:04 UT hlavním podvozkem na dráhu 33. Příďové kolo se dotklo betonu o 10 sekund později a ve 12:21:01 UT se nejstarší raketoplán zastavil.

Pro družicový stupeň let skončil a ještě před polednem místního času byl odtažen do haly č. 3 budovy OPF k přípravám na expedici STS-90. Osádka však bude žít letem STS-87 ještě nějakou dobu. Čeká ji výpověď před vyšetřovací komisí, která má stanovit příčinu, proč družice Spartan stávkovala.