Kritický moment-start!

Představte si, že sedíte v kosmické lodi ukryté pod aerodynamickým krytem. Raketa, která Vás má vynést na oběžnou dráhu je z více než devadesáti procent tvořena palivem a okysličovadlem. Co všechno se asi člověku v tu chvíli honí hlavou? A co odbourává stres z momentu napětí? Náročný výcvik, profesionalita a dokonalé soustředění zaměřené na kontrolu systémů a bezchybnou komunikaci?
Stokrát opakované a zautomatizované úkony, které je třeba provést v případě situací, kdy něco probíhá nestandardně, anebo je vyhodnoceno jako rizikové, to vše je jistě důležité pro překonání stresu. Chce to notnou dávku odvahy? Anebo je za tím něco jiného? Touha překonat sebe samého, zažít to, co nikdo jiný?
V působivé knize Chrise Hadfielda Astronautův průvodce životem na zemi, se často objevuje věta – Která další věc mě může zabít? Přičemž zjistíte, že vypnout a nesoustředit se, je v průběhu mise velký luxus, který je neradno si dopřávat příliš často. Pokud si knihu zevrubně přečtete a mohu říci, je to opravdu skvělý popis přípravy, startu a celé mise, nabudete dojmu, že start a přistání jsou právě tím největším rizikem.
Dnešní článek bude věnován riziku s názvem START. Je vůbec možné zajistit posádce v případě požáru na rampě bezpečný únik? Jak vypadá scénář záchrany posádky a jakým dalším rizikům by v případě vážného ohrožení musela posádka čelit?

Požár na rampě a záchrana posádky

Všimli jste si někdy malé raketky přímo na špici obrovského kolosu připraveného na rampě ke startu? Jedná se o záchrannou věžičku nazývanou LES Launch Escape System, tedy systém pro únik při startu. Používá a používala se v minulosti v různých obměnách u různých typů raket v případě letů s posádkou.
Pokud vše probíhalo bez potíží, byla tato malá raketka ve výšce 88 km odhozena a mise mohla pokračovat. Velice podobný systém se používá i u ruských raket Sojuz, nazýváme ho SAS (Система Аварийного Спасения- tedy systém nouzové záchrany).
V historii Sojuzů nastala situace vážného ohrožení posádky přímo na startovací rampě např. v roce 1983. Tehdy dokázala záchranná věžička odmanévrovat kabinu s posádkou do bezpečné vzdálenosti od hořící rampy. Celý manévr trval jen několik sekund a mise kosmonautů byla tehdy ukončena po pěti minutách, kdy přistáli živí a zdraví asi 4 km od rampy.
Historicky první zkouška záchranné raketové věžičky, která byla určena pro kosmické lodi Merkury, se uskutečnila 9. 5. 1960 na základně Wallops Island. Kabina byla vynesena do výšky 750 m nejvyšší rychlostí 1571 km/h a po minutě a 16 sekundách přistála na padáku ve vzdálenosti 1 km od místa zahájení zkoušky.

Tehdy se jednalo se o umělé vytvoření vyhrocené situace s rizikem požáru. Nakonec, jak již bylo zmíněno, natankovaná raketa je z více než devadesáti procent tvořena pouze palivem a okysličovadlem. Taková věc se může během několika sekund proměnit v ohnivé peklo, z něhož není úniku.

Co dalšího může posádku „zabít“?

Je třeba ještě zmínit další problém, který představuje riziko pro zachraňovanou posádku. Nemalým problémem při požáru na rampě jsou i toxická paliva, která se používají při manévrování kosmických lodí. Řada kosmický lodí používá jako pohonnou směs asymetrický dimethylhydrazin (UDMH) a oxid dusičitý. Při havárii rakety přímo na rampě hrozí rozprášení těchto látek po širém okolí. Kdo zná pojem Nedělinova katastrofa, dokáže si vybavit otřesná svědectví z požáru mezikontinentální balistické rakety R16 v roce 1960. Ta používala také UDMH a místo oxidu dusičitého, kyselinu dusičnou. Obsluha rakety a technici, kteří unikli požáru, se doslova otrávili zplodinami. Účinky na živý organismus jsou podobné jako u hydrazinu, způsobují poleptání kůže, očí a sliznic, podráždění centrálního nervového systému a rakovinu.

Pozn. asymetrický dimethyhydrazin: Při dlouhodobém skladování je velmi stálý a proto je vhodný pro déle trvající mise kosmických sond nebo pro pomocné a manévrovací motory satelitů a kosmických lodí. Několik typů raket jej však používá i jako palivo prvního stupně (např. ruské rakety Proton nebo bývalé americké rakety Titan). Spolu s hydrazinem tvoří složky paliva Aerozin 50, kde jsou obě složky zastoupeny v poměru 1:1. Aerozin 50 spolu s tetraoxidem dusíku slouží jako palivo pro motor AJ-10, který poháněl, mimo jiné, i kosmickou loď Apollo.

Vraťmě se nyní zpět k programu Merkury. S konceptem záchranné věžičky přichází již v roce 1958 Max Faget, konstruktér lodi Merkury a jeden z vedoucích inženýrů NASA.
V případě inženýra Maxe Fageta a konstruktérů lodi Mercury bylo cílem zajistit co možná největší komfort při záchraně přímo z rampy a koncept vyzníval jasně – je třeba přidat další zařízení schopné odmanévrovat kabinu s posádkou do bezpečné vzdálenosti od rampy bez nutnosti opustit v závěrečné fázi manévru kosmickou loď na osobním padáku.

Zařízení mělo název LES (Launch Escape System- tedy systém pro únik při startu). Velice zjednodušeně lze říci, že na vrcholku kolosální rakety spočívá v případě pilotovaných kosmických letů další malá raketa na tuhá paliva, která dokáže v relativně krátkém časovém úseku odmanévrovat loď s posádkou do dostatečné vzdálenosti od nosné rakety. V praxi celý proces vypadá tak, že kabina s posádkou se pyrotechnicky oddělí od zbytku rakety a záchranná raketka ji dopraví i s posádkou do bezpečí. Po úspěšném manévru se věžička oddělí a uvolní se padák.
Základem byla konstrukce na špici Mercury, na jejímž vrcholu se nacházela raketa na tuhé palivo s třemi tryskami, která byla na jedinou sekundu schopna vyvinout tah zhruba 231,3kN, což by v případě havárie mělo stačit na bezpečnou separaci kabiny od rakety Redstone nebo Atlas. Pokud by raketa ještě stála na zemi, vynesl by LES kabinu do výšky zhruba 610 metrů na stranu k moři. Povel k zážehu LES v případě problémů ještě na rampě vydával automaticky systém ASIS (Augmented Sensing and Implementation Systém- tedy rozšířený detekční a implementační systém), od letového času 2 sekundy a více už bylo přerušení letu na bedrech bezpečnostního důstojníka rampy.

Jen pro kaskadéry a šťastlivce

V případě lodi Vostok a dále třeba Gemini se však nepočítalo s přistáním celé kosmické lodi na padácích. Záchrana kosmonautů měla být provedena pomocí katapultovacího křesla. Pro kosmonauty lodí Vostok – kdy vzhledem k malé výšce navíc hrozilo neotevření padáku, byla připravena velká ocelová síť.

Zdá se však, že jedna síť byla natažena přímo na rampě, ve směru, kterým byl natočen poklop kabiny Vostok, a druhá soustava sítí asi ve vzdálenosti 1500 m od rampy. Sedadlo, zkonstruované firmou Zvezda, mělo kosmonauta vynést pryč od rakety a mírně vzhůru, aby se vyhnulo proudu spalin z motorů.
Jen si představte obtížnost a pravděpodobnost záchrany posádky v případě vážného ohrožení přímo na rampě. U lodí typu Voschod je třeba mít na paměti, že záchrana posádky při startovní fázi byla takřka nemožná. Katapultovací křeslo bylo z důvodu nedostatku prostoru odstraněno.

Další malá raketa

Při konstruování raket při programu Apollo se Američané opět vrátili záchranné věžičce. Opět nesla název LES, ale od své předchůdkyně na špici kabiny Mercury se lišila hlavně svými výkony a rozměry. Byla 10 metrů dlouhá (včetně konstrukce, kterou byl spojen s aerodynamickým krytem Apolla), o průměru 1,2 m a její hmotnost činila 3628 kg. Tvořil ji raketový motor na tuhé palivo, který dokázal vyvinout tah o síle 703kN (652,7kN na rampě -spolu se stoupající výškou stoupal i výkon motoru LES). Jeho pracovní doba činila 3,2 sekundy a z rampy dokázal odnést velitelský modul do výšky 914 metrů směrem nad moře. V systému fungoval ještě jeden motor, jehož úkolem bylo kontrolovat náklon sestavy během letu. Důležité bylo vzdálit se především od vybuchujícího centrálního stupně Saturnu a v co nejkratším časovém sledu odmanévrovat kabinu s posádkou do bezpečné vzdálenosti od rampy.

Zajímavým prvkem byl tzv. Q-ball, tedy zařízení na špici motoru LES, které pomocí osmi snímačů statického tlaku mělo suplovat tzv. pitotovu trubici se snímači snosu a úhlu náběhu. Umožňovalo malým řídícím plochám na plášti motoru kontrolovat směr letu a polohu sestavy.

Systém LES je automaticky odhazován ve výšce 88 km. LES je složen ze tří částí Horní věžička je vysoká 4,6 m a má tři motory na tuhá paliva, nese také stabilizační balast a několik menších pomocných motorků, které mají za úkol odklonit kabinu s posádkou od osy rakety.
Nosnou součástí věžičky je 3,5 metrů vysoká titanová konstrukce. Touto konstrukcí byla věžička spojena s kosmickou lodí. Další důležitou součástí při nutnosti záchrany posádky byl sklolaminátový překryt kabiny zevnitř vyložený korkem. Chránil kosmickou loď při průletu atmosférou, před nadměrným záhřevem, měl tedy chránit i posádku v případě aktivace LES. Překryt měl vyřezané otvory na průlez, manévrovací trysky a vyrovnávací ventil kabiny.

V případě potřeby hořela trojice raketových motorů 5 sekund a astronauti byli vystaveni přetížení 14-17G.
I v případě katapultáže na rampě by kabina s astronauty dosáhla bezpečné výšky pro otevření padáků
Systém LES se mohl aktivovat buď automaticky počítačem v přístrojovém úseku nad třetím stupněm nosné rakety anebo manuálně velitelem mise počítače mohly vydat příkaz k aktivaci systému jen za letu rakety.

Rozhodují sekundy

V případě aktivace záchranného systému a katapultáže z rampy došlo k přistání přibližně 4 km od rampy. Pokud však došlo k aktivaci systému až poté, co raketa opustila rampu, kabina s posádkou přistála až 8 km od rampy.
Sověti se rozhodli pro podobný způsob řešení záchranného systému v případě požáru na rampě, anebo v prvních sekundách, kdy raketa opouští rampu. Systém dostal název SAS (Система Аварийного Спасения- tedy systém nouzové záchrany). Jedná se o věžičku na vrcholu aerodynamického krytu Sojuzu.

Pokud let probíhá normálně, je SAS odhozena 160 sekund (u „Sojuzu-T“ 123 sekund a u generace „TM“ 115 sekund) po startu.
Připomeňme jednu dramatickou událost z 26. září 1983. Na Bajkonuru se připravovala ke startu raketa Sojuz U s dvoučlennou posádkou. Nikdo tehdy nečekal, jak dramatické budou události spojené se startem, a jak krátká bude jejich mise.

Ověřeno v praxi

Sojuz T-10 měl 26. září 1983 vynést k orbitální stanici Saljut 7 Vladimíra Titova a Gennadije Strekalova. Oba byli zkušení kosmonauti, jeden úspěšný let už absolvovali. Necelou minutu před startem vypukl požár nosné rakety. Záchranný systém zajistil oddělení a vystřelení kosmické lodi, která přistála 4 kilometry od rampy. Posádka byla v pořádku. Loď přejmenovali na Sojuz T-10-1 nebo také na Sojuz T-10a. Sojuz T-10 se vypravil do vesmíru až v únoru 1984. Titov potom letěl ještě třikrát, Strekalov čtyřikrát, žádné zdravotní potíže je v průběhu další praxe nepronásledovaly.

Co se vlastně přihodilo? Přibližně 90 sekund před startem se neuzavřel jeden z ventilů, které dodávaly palivo do čtyř bloků prvního stupně. Kerosin se začal rozlévat kolem základny rakety a během pár okamžiků unikající palivo vzplálo. Za necelou minutu už vysoké plameny olizovaly raketu, která již byla natankována 157 tunami vysoce explozivního paliva.
Orbitální modul měl být pyrotechnicky oddělen od přístrojového modulu a o sekundu později mělo dojít ke spuštění motoru na věžičce SAS. Šumilin, technik sledující z bunkru periskopem start, nemohl samozřejmě vědět, že zuřivý požár při úpatí rakety zničil kabeláž záchranného systému. Bylo jasné, že systém je nutno spustit manuálně.
Se Šumilinem byl ve startovním bunkru i technický vedoucí raketového úseku Soldatenkov. Pro aktivaci záchranného systému museli oba nezávisle vyslat rádiový povel „Dněstr!“ dvěma příslušným operátorům. Ti seděli v různých místnostech budovy, nazývané „Stanice Saturn“ v oblasti číslo 23 Bajkonurského kosmodromu, asi 30 kilometrů vzdálené od rampy. Teprve oni mohli fyzicky spustit záchranný systém stisknutím příslušných dvou tlačítek, ovšem maximální rozmezí pro jejich stisknutí bylo nastaveno na pět sekund. Byla to jakási pojistka pro případ, že by jeden z nich stiskl tlačítko omylem. 11,2 sekundy od první vizuální detekce plamenů operátoři Močalov a Ševčenko skutečně stiskli svá tlačítka a systém SAS byl aktivován.
Během tří sekund záchranný systém překonal v takřka vertikálním letu rychlost zvuku a rychle se vzdaloval od rampy. Posádka na několik okamžiků zažívala přetížení 14-17g. Po pěti sekundách práce motor věžičky vyhořel a kolem základny aerodynamického krytu se vyklopily čtyři panely, které zbrzdily a stabilizovaly let. Jeho trajektorie vrcholila ve výšce 950 metrů. Návratový modul „se vyloupnul“ zpod aerodynamického krytu a za pár okamžiků se na noční obloze objevil padák. Přibližně šest sekund po aktivaci SAS explodovala raketa na rampě.
Všechno se seběhlo velice rychle, let kosmonautů trval 5 minut a 13 sekund, z toho pouhých pět sekund trvala práce záchranného motoru. Když ke kosmonautům po čtyřiceti minutách dorazili záchranáři, jejich prvním požadavkem byla cigareta a poté, co lékaři potvrdili, že jsou zcela v pořádku, dostali i pořádného stakana vodky.
Od okamžiku, kdy oba technici sledující start, zahlédli plameny, do aktivace záchranného systému uplynulo 11,2 s. Několik sekund, které rozhodovaly o úspěšném provedení záchranné operace a životech dvoučlenné posádky. Dějiny kosmonautiky jsou plné kritických momentů, které ukázaly, že napětí během startu je opodstatněné a že cesty těch, kdo sedí upoutáni v kosmické lodi na špici rakety, se vždy budou potkávat s cestami techniků a konstruktérů ale také těch, kdo na průběh startu dohlížejí a jsou nuceni jednat rychle a pokud možno správně!

---

Literatura

TOUFAR, P., Smrt číhá mezi hvězdami: Osudy lidí, kteří chtěli dobýt vesmír. Praha: Nakladatelství a vydavatelství cesty, 1996. ISBN 80-7181-148-3.
RŮŽIČKA, B., POPELÍNSKÝ, L., VÍTEK, A., KNAP, P., ed. Rakety a kosmodromy. Praha: Naše Vojsko, 1986, 360 s. ISBN 28-028-86.
Přibyl, T., Rudé hvězdy ve vesmíru: Pohled do zákulisí sovětské kosmonautiky. Brno: Nakladatelství PARÁDA, 1997, 384 s. ISBN 80-902352-1-2.