Kritické momenty kosmonautiky
Napsal: 12.8.2012 21:30
Cesty člověka za hranice atmosféry jsou něčím, co dnes bere většina lidí jako naprosto běžnou věc. Každý rok startují nové posádky, nemnozí si však uvědomují, že oni odvážlivci pracují v člověku zcela nepřirozených podmínkách a od vakua a okamžité smrti je dělí jen pár centimetrů stěn jejich lodí. Jen málo z nás zvedne hlavy k noční obloze a zadívá se na onu spěchající svítící tečku, která je dočasným domovem lidských bytostí. Zprávy informují většinou o bezproblémovém startu, či přistání kosmické lodi. Je to dobře, znamená to totiž, že vše funguje tak, jak má. Cesta k dnešním zdánlivě bezpečným výpravám do vesmíru ovšem nebyla zdaleka přímočará a nechyběly tragédie, či momenty, které měly k tragédiím pouhý krůček.
Zkusím v tomto vláknu některé z těchto dramatických momentů popsat. Neslibuji žádné hluboké analýzy, ani bůhvíjakou pravidelnost, ale dokud mě to bude bavit, budu se snažit psát. Pokud mě někdo bude chtít doplnit, nebo opravit, budu jen rád. Takže- do toho:
Vostok-1 (12.4.1961)
Pro mnohé je asi překvapením název a obsah prvního dílu tohoto miniseriálu. Zvláště pro ty dříve narozené, kteří trávili dětství v područí komunistické propagandy. Ta nepřipouštěla žádné selhání sovětské techniky ani lidí, kteří ji ovládali. Fakta o prvním pilotovaném letu do vesmíru byla překrucována do té míry, že až deset let po Gagarinově letu vyšlo najevo, že nepřistál ve své lodi, ale samostatně po katapultáži. Tak důležitý byl pro sověty oficiální rekord zaregistrovaný FAI, pro jehož uznání bylo ovšem nutné, aby pilot zůstal ve svém stroji až do přistání.
Ve skutečnosti nebyl první kosmický let zdaleka bezproblémový. To vyplývalo koneckonců z jeho podstaty. Vlastně každý start byl v té době pouhým pokusem, o to více to platilo o misi, která byla první svého druhu.
12. dubna 1961 v 6:06:59 UT se kazašskou stepí rozlehlo dunění motorů „semjorky“ v modifikaci Vostok-K, na jejímž vrcholu byla připevněna kosmická loď Vostok-1. V anatomickém křesle její návratové sekce seděl sedmadvacetiletý nadporučík Jurij Alexejevič Gagarin. Prostřednictvím jeho volacího znaku „Kedr“ s ním během první fáze letu komunikoval sám hlavní konstruktér Sergej Pavlovič Koroljov (volací znak „Zarja-1“), který postupně předal štafetu dalším monitorovacím střediskům. Gagarin se během příprav ke startu jevil podivuhodně klidný, jeho tep se pohyboval okolo 64 tepů za minutu. Krátce po startu jej však přemohlo vzrušení a jeho výkřik „Поехали!“ (Tak jedeme!) vstoupil do historie.
Ovšem problémy nastaly už během práce nosné rakety. Nesprávně zafungovaly měniče napětí v druhém, centrálním stupni nosiče a následkem toho akcelerometry a radiodálkoměry umožnily raketě dosáhnout konečné rychlosti vyšší o 0,25 m/s oproti plánu. Tato okolnost způsobila, že po dosažení oběžné dráhy a oddělení Vostoku-1 od 3. stupně nosné rakety se parametry orbitu o dost lišily od původního záměru. Zamýšlený orbit 180 x 230 km zajišťoval i v případě selhání brzdícího motoru TDU návrat lodi do atmosféry během 5-7 dnů, což by vzhledem k zásobám vody, kyslíku a energie na 10 dní bohatě stačilo. Ve skutečnosti byla loď usazena na orbitu 181 x 327 km, kde se ale přirozený návrat pohyboval v rozmezí 15-20 dnů. To ovšem Gagarin netušil. Ani při opakovaných dotazech na zem ohledně charakteristik jeho dráhy mu nikdo nebyl schopen, či spíše nechtěl dát jasnou odpověď.
Jinak ale vše fungovalo nominálně, včetně automatického sekvenceru PVU Granit. Ten začal pracovat po oddělení lodi od nosiče v 6:18:07 UT a byly v něm předprogramovány všechny důležité kroky letu včetně orientace na slunce, zážehu brzdícího motoru, nebo oddělení přístrojové sekce od návratové kabiny. V 6:50 se skutečně loď nad Tichým oceánem orientovala na slunce a v 7:09 vylétla ze zemského stínu. První lidská bytost mohla na vlastní oči sledovat orbitální východ naší nejbližší hvězdy, podívanou, která do dneška nezevšedněla ani dlouhodobým posádkám orbitálních stanic. Zhruba někdy v té době také došlo k mimořádnému povýšení Gagarina do hodnosti majora, v komunikaci v 7:18 je už Gagarin ze země oslovován jako major. V 7:25:04 se zapálil brzdící motor TDU na původně plánovaných 45 sekund, loď se v té době nalézala u západního břehu Afriky. Až dosud vše fungovalo bez problémů. To se ale brzy mělo změnit.
Za normálních okolností měl brzdící motor TDU fungovat takto: Před zažehnutím měla být spalovací komora promyta dusíkem a v okamžiku zážehu se měl příslušný ventil uzavřít. V nádržích paliva a okysličovadla se nacházely vaky- jakési membrány. Do nich byl vháněn tlakový dusík. Tím bylo palivo vytlačováno do ústí nádrží a tím pádem do násosu turbočerpadla a současně nedocházelo k smísení pracovního plynu s palivem a okysličovadlem. Po naběhnutí plného tahu a tím pádem i přetížení bylo palivo a okysličovadlo vytlačováno přirozeně. Současně se odpálily pyroslože a otevřely cestu pracovnímu plynu přímo k hladině paliva a okysličovadla v nádržích, smísení v tento moment už nebylo možné.. Akcelerometry měřily změnu rychlosti lodi a po dosažení hodnoty -136 m/s se měl motor vypnout a sekvencer Granit zahájit svůj další krok, který zahrnoval oddělení přístrojové sekce od sekce návratové. Potud plány konstruktérů lodi. Realita ovšem byla trochu jiná.
foto: astronautix.com
Maketa Vostoku s posledním stupněm nosiče. Kulovité nádrže s kyslíkem a pracovním plynem jsou viditelné po obvodu předělu mezi sférickou návratovou sekcí a přístrojovou sekcí.
K průplachu dusíkem před zážehem skutečně došlo, ale dotyčný ventil se buď vůbec neuzavřel, nebo se uzavřel jen částečně. Následkem toho část paliva, proudícího ke spalovací komoře, neskončila tam, kde bylo plánováno. Naopak, právě oním ventilem palivo zčásti směřovalo do tlakovacího vaku v palivové nádrži. Následek byl nasnadě. Pro nedostatek paliva motor spontánně „zhasl“ zhruba o sekundu dříve, než měl. Tím pádem loď nezpomalila o 136 m/s, ale o 132 m/s. Nedošlo tedy k nominálnímu vypnutí motoru a sekvencer Granit nemohl zahájit svůj cyklus, který měl po 10 sekundách vést k oddělení sekcí. Gagarin očekával trhnutí, ohlašující tento krok, ale k ničemu takovému nedošlo.
Místo toho začala loď rotovat. Rotaci Gagarin dokonce zmínil ve své knize „Cesta ke hvězdám“: “Kosmická loď se začala otáčet a já jsem o tom informoval Zemi. Avšak rotace, která mě znepokojila, brzy ustala.“ Ve skutečnosti šlo o poměrně výraznou rotaci kolem všech tří os rychlostí odhadem 30°/s. Byla způsobena tím, že přestože palivo bylo vyčerpáno, okysličovadlo a pracovní plyn o tlaku 60 atmosfér stále proudily motorem a Vernierovými tryskami. Jelikož nedošlo k elektrickému signálu vypnutí motoru, všechny ventily byly stále otevřeny.
Gagarin stále čekal na oddělení přístrojové sekce, ke kterému mělo dojít zhruba v 7:26:42 nad západním pobřežím Afriky. Zatím však loď pokračovala v původní sestavě. Vostok-1 se začal nořit do hustých vrstev atmosféry. Mezitím se aktivovaly miniaturní nálože, umístěné na čtyřech obručích, poutajících návratovou kabinu k přístrojové sekci, ale tlustý kabel, který přenášel data a povely mezi sekcemi stále poutal obě části dohromady. V případě, že by se včas neoddělil, loď by byla poškozena nárazy přístrojové sekce a bylo by narušeno její těžiště. To by znamenalo, že rozžhavenému plazmatu by byla vystavena ta část tepelného štítu, která nebyla na takové tepelné zatížení konstruována. Gagarin by skončil jako rozžhavený meteor a o svých zážitcích by už nikomu nemohl vyprávět.
foto: wikimedia commons
Hlavní přístrojový panel Vostoku. Všimněte si globusu- ten ukazoval momentální polohu lodi vzhledem k zemskému povrchu. Měl přestat fungovat po rozdělení lodi, signály do něj přicházely z přístrojového úseku. Když nepřestával fungovat i po plánovaném čase rozdělení, Gagarin musel vědět, že něco není v pořádku a že k rozdělení nedošlo.
Naštěstí nakonec kabel povolil. K oddělení došlo přibližně v 7:35 nad Egyptem. Podle některých zdrojů se přepálil, podle jiných zafungoval předprogramovaný nouzový signál k oddělení, další zase zmiňují jakousi tepelnou pojistku, která se aktivovala aerodynamickým ohřevem. Buď jak buď, Jurij Gagarin konečně mířil k zemi ve správně konfigurované kabině. Její záměrně vyosené těžiště umožňovalo přirozenou stabilizaci ve správné poloze- nejsilnější částí štítu ve směru letu. Rotace kolem svislé osy však pokračovala- i když ve snížené míře- během sestupu atmosférou. Teď už však nepředstavovala žádné riziko a katapultáž kosmonauta ve výšce 7 km proběhla normálně. V 8:05 UT, tedy asi 5 minut po dosednutí kabiny Vostoku-1 Gagarin dopadl do měkké oranice nedaleko vesničky Smělovka, 26 km jihozápadně od města Engels.
foto: Vostok 1 spacecraft is property of RKK Energiya. Self-made photograph uploaded by Errabee (wikimedia commons)
Ohořelá kabina Vostoku-1. Všimněte si soustavy otvorů vpravo nahoře. Je to zásuvka onoho nešťastného kabelu elektroniky.
Po 108 minutách skončila historická první cesta člověka do vesmíru a pro Gagarina skončily napjaté momenty, kdy neplánované okolnosti mohly každým okamžikem přerůst v první kosmickou tragédii v dějinách. Je velká škoda, že hlavní aktér onoho velkého dne již není mezi živými. Jeho vyprávění by dnes, v době otevřeného přístupu k informacím, mohlo být velmi, velmi zajímavé…
Zdroje:
B. Čertok „Rockets and people“, vol. III
P. Toufar „Vzestup a pád Jurije Gagarina“
http://www.russianspaceweb.com
http://www.svengrahn.pp.se/histind/Vostok1/Vostok1X.htm
Zkusím v tomto vláknu některé z těchto dramatických momentů popsat. Neslibuji žádné hluboké analýzy, ani bůhvíjakou pravidelnost, ale dokud mě to bude bavit, budu se snažit psát. Pokud mě někdo bude chtít doplnit, nebo opravit, budu jen rád. Takže- do toho:
Vostok-1 (12.4.1961)
Pro mnohé je asi překvapením název a obsah prvního dílu tohoto miniseriálu. Zvláště pro ty dříve narozené, kteří trávili dětství v područí komunistické propagandy. Ta nepřipouštěla žádné selhání sovětské techniky ani lidí, kteří ji ovládali. Fakta o prvním pilotovaném letu do vesmíru byla překrucována do té míry, že až deset let po Gagarinově letu vyšlo najevo, že nepřistál ve své lodi, ale samostatně po katapultáži. Tak důležitý byl pro sověty oficiální rekord zaregistrovaný FAI, pro jehož uznání bylo ovšem nutné, aby pilot zůstal ve svém stroji až do přistání.
Ve skutečnosti nebyl první kosmický let zdaleka bezproblémový. To vyplývalo koneckonců z jeho podstaty. Vlastně každý start byl v té době pouhým pokusem, o to více to platilo o misi, která byla první svého druhu.
12. dubna 1961 v 6:06:59 UT se kazašskou stepí rozlehlo dunění motorů „semjorky“ v modifikaci Vostok-K, na jejímž vrcholu byla připevněna kosmická loď Vostok-1. V anatomickém křesle její návratové sekce seděl sedmadvacetiletý nadporučík Jurij Alexejevič Gagarin. Prostřednictvím jeho volacího znaku „Kedr“ s ním během první fáze letu komunikoval sám hlavní konstruktér Sergej Pavlovič Koroljov (volací znak „Zarja-1“), který postupně předal štafetu dalším monitorovacím střediskům. Gagarin se během příprav ke startu jevil podivuhodně klidný, jeho tep se pohyboval okolo 64 tepů za minutu. Krátce po startu jej však přemohlo vzrušení a jeho výkřik „Поехали!“ (Tak jedeme!) vstoupil do historie.
Ovšem problémy nastaly už během práce nosné rakety. Nesprávně zafungovaly měniče napětí v druhém, centrálním stupni nosiče a následkem toho akcelerometry a radiodálkoměry umožnily raketě dosáhnout konečné rychlosti vyšší o 0,25 m/s oproti plánu. Tato okolnost způsobila, že po dosažení oběžné dráhy a oddělení Vostoku-1 od 3. stupně nosné rakety se parametry orbitu o dost lišily od původního záměru. Zamýšlený orbit 180 x 230 km zajišťoval i v případě selhání brzdícího motoru TDU návrat lodi do atmosféry během 5-7 dnů, což by vzhledem k zásobám vody, kyslíku a energie na 10 dní bohatě stačilo. Ve skutečnosti byla loď usazena na orbitu 181 x 327 km, kde se ale přirozený návrat pohyboval v rozmezí 15-20 dnů. To ovšem Gagarin netušil. Ani při opakovaných dotazech na zem ohledně charakteristik jeho dráhy mu nikdo nebyl schopen, či spíše nechtěl dát jasnou odpověď.
Jinak ale vše fungovalo nominálně, včetně automatického sekvenceru PVU Granit. Ten začal pracovat po oddělení lodi od nosiče v 6:18:07 UT a byly v něm předprogramovány všechny důležité kroky letu včetně orientace na slunce, zážehu brzdícího motoru, nebo oddělení přístrojové sekce od návratové kabiny. V 6:50 se skutečně loď nad Tichým oceánem orientovala na slunce a v 7:09 vylétla ze zemského stínu. První lidská bytost mohla na vlastní oči sledovat orbitální východ naší nejbližší hvězdy, podívanou, která do dneška nezevšedněla ani dlouhodobým posádkám orbitálních stanic. Zhruba někdy v té době také došlo k mimořádnému povýšení Gagarina do hodnosti majora, v komunikaci v 7:18 je už Gagarin ze země oslovován jako major. V 7:25:04 se zapálil brzdící motor TDU na původně plánovaných 45 sekund, loď se v té době nalézala u západního břehu Afriky. Až dosud vše fungovalo bez problémů. To se ale brzy mělo změnit.
Za normálních okolností měl brzdící motor TDU fungovat takto: Před zažehnutím měla být spalovací komora promyta dusíkem a v okamžiku zážehu se měl příslušný ventil uzavřít. V nádržích paliva a okysličovadla se nacházely vaky- jakési membrány. Do nich byl vháněn tlakový dusík. Tím bylo palivo vytlačováno do ústí nádrží a tím pádem do násosu turbočerpadla a současně nedocházelo k smísení pracovního plynu s palivem a okysličovadlem. Po naběhnutí plného tahu a tím pádem i přetížení bylo palivo a okysličovadlo vytlačováno přirozeně. Současně se odpálily pyroslože a otevřely cestu pracovnímu plynu přímo k hladině paliva a okysličovadla v nádržích, smísení v tento moment už nebylo možné.. Akcelerometry měřily změnu rychlosti lodi a po dosažení hodnoty -136 m/s se měl motor vypnout a sekvencer Granit zahájit svůj další krok, který zahrnoval oddělení přístrojové sekce od sekce návratové. Potud plány konstruktérů lodi. Realita ovšem byla trochu jiná.
foto: astronautix.com
Maketa Vostoku s posledním stupněm nosiče. Kulovité nádrže s kyslíkem a pracovním plynem jsou viditelné po obvodu předělu mezi sférickou návratovou sekcí a přístrojovou sekcí.
K průplachu dusíkem před zážehem skutečně došlo, ale dotyčný ventil se buď vůbec neuzavřel, nebo se uzavřel jen částečně. Následkem toho část paliva, proudícího ke spalovací komoře, neskončila tam, kde bylo plánováno. Naopak, právě oním ventilem palivo zčásti směřovalo do tlakovacího vaku v palivové nádrži. Následek byl nasnadě. Pro nedostatek paliva motor spontánně „zhasl“ zhruba o sekundu dříve, než měl. Tím pádem loď nezpomalila o 136 m/s, ale o 132 m/s. Nedošlo tedy k nominálnímu vypnutí motoru a sekvencer Granit nemohl zahájit svůj cyklus, který měl po 10 sekundách vést k oddělení sekcí. Gagarin očekával trhnutí, ohlašující tento krok, ale k ničemu takovému nedošlo.
Místo toho začala loď rotovat. Rotaci Gagarin dokonce zmínil ve své knize „Cesta ke hvězdám“: “Kosmická loď se začala otáčet a já jsem o tom informoval Zemi. Avšak rotace, která mě znepokojila, brzy ustala.“ Ve skutečnosti šlo o poměrně výraznou rotaci kolem všech tří os rychlostí odhadem 30°/s. Byla způsobena tím, že přestože palivo bylo vyčerpáno, okysličovadlo a pracovní plyn o tlaku 60 atmosfér stále proudily motorem a Vernierovými tryskami. Jelikož nedošlo k elektrickému signálu vypnutí motoru, všechny ventily byly stále otevřeny.
Gagarin stále čekal na oddělení přístrojové sekce, ke kterému mělo dojít zhruba v 7:26:42 nad západním pobřežím Afriky. Zatím však loď pokračovala v původní sestavě. Vostok-1 se začal nořit do hustých vrstev atmosféry. Mezitím se aktivovaly miniaturní nálože, umístěné na čtyřech obručích, poutajících návratovou kabinu k přístrojové sekci, ale tlustý kabel, který přenášel data a povely mezi sekcemi stále poutal obě části dohromady. V případě, že by se včas neoddělil, loď by byla poškozena nárazy přístrojové sekce a bylo by narušeno její těžiště. To by znamenalo, že rozžhavenému plazmatu by byla vystavena ta část tepelného štítu, která nebyla na takové tepelné zatížení konstruována. Gagarin by skončil jako rozžhavený meteor a o svých zážitcích by už nikomu nemohl vyprávět.
foto: wikimedia commons
Hlavní přístrojový panel Vostoku. Všimněte si globusu- ten ukazoval momentální polohu lodi vzhledem k zemskému povrchu. Měl přestat fungovat po rozdělení lodi, signály do něj přicházely z přístrojového úseku. Když nepřestával fungovat i po plánovaném čase rozdělení, Gagarin musel vědět, že něco není v pořádku a že k rozdělení nedošlo.
Naštěstí nakonec kabel povolil. K oddělení došlo přibližně v 7:35 nad Egyptem. Podle některých zdrojů se přepálil, podle jiných zafungoval předprogramovaný nouzový signál k oddělení, další zase zmiňují jakousi tepelnou pojistku, která se aktivovala aerodynamickým ohřevem. Buď jak buď, Jurij Gagarin konečně mířil k zemi ve správně konfigurované kabině. Její záměrně vyosené těžiště umožňovalo přirozenou stabilizaci ve správné poloze- nejsilnější částí štítu ve směru letu. Rotace kolem svislé osy však pokračovala- i když ve snížené míře- během sestupu atmosférou. Teď už však nepředstavovala žádné riziko a katapultáž kosmonauta ve výšce 7 km proběhla normálně. V 8:05 UT, tedy asi 5 minut po dosednutí kabiny Vostoku-1 Gagarin dopadl do měkké oranice nedaleko vesničky Smělovka, 26 km jihozápadně od města Engels.
foto: Vostok 1 spacecraft is property of RKK Energiya. Self-made photograph uploaded by Errabee (wikimedia commons)
Ohořelá kabina Vostoku-1. Všimněte si soustavy otvorů vpravo nahoře. Je to zásuvka onoho nešťastného kabelu elektroniky.
Po 108 minutách skončila historická první cesta člověka do vesmíru a pro Gagarina skončily napjaté momenty, kdy neplánované okolnosti mohly každým okamžikem přerůst v první kosmickou tragédii v dějinách. Je velká škoda, že hlavní aktér onoho velkého dne již není mezi živými. Jeho vyprávění by dnes, v době otevřeného přístupu k informacím, mohlo být velmi, velmi zajímavé…
Zdroje:
B. Čertok „Rockets and people“, vol. III
P. Toufar „Vzestup a pád Jurije Gagarina“
http://www.russianspaceweb.com
http://www.svengrahn.pp.se/histind/Vostok1/Vostok1X.htm