Otázka života a smrti. Jak zachránit posádku vybuchující rakety?

aktualizováno 
Už od prvních pilotovaných letů si konstruktéři raket uvědomovali, že kosmické lodi by měly být osazeny záchrannými systémy pro posádku. Ne vždy je jimi opravdu vybavili, byť historie ukazuje, že tyto systémy fungují. Pro zachráněné však nemusí být vždy komfortní.

Průběh zkoušky první záchranné raketové věžičky určené pro kosmické lodi Mercury, která se uskutečnila 9. 5. 1960 na základně Wallops Island. Kabina byla vynesena do výšky 750 m nejvyšší rychlostí 1 571 km/h a po minutě a 16 sekundách přistála na padáku ve vzdálenosti kolem 1 km od místa zahájení zkoušky. | foto: NASA (volné dílo)

Ještě před tím, než se první lidé podívali do vesmíru, přemýšleli konstruktéři raket a lodí, jak umožnit posádce přežít různé nestandardní situace. Koneckonců, natankovaná raketa je z více než devadesáti procent tvořená pouze palivem a okysličovadlem, váží i několik set tun (v případě Saturnu V to byly až tři tisíce tun). Při jakémkoliv selhání se může raketa proměnit v ohnivé peklo, jak můžete vidět na příkladu požáru mezikontinentální balistické rakety R-16 v roce 1960, známém jako Nedělinova katastrofa.

Nebezpečí nepředstavuje jen požár. Řada kosmických lodí používá jako pohonnou směs asymetrický dimethylhydrazin (UDMH) a oxid dusičitý. Tyto látky jsou toxické. A v případě jakýchkoliv problémů při startu nebo letu hrozí rozprášení těchto látek do okolí. Například na videu zachycujícím anomálii při startu rakety Proton M z roku 2013 můžete velice dobře vidět obří červený mrak. (Mimochodem, toxické palivo sehrálo tragickou roli i v případě výše zmíněného požáru rakety R-16. Ta používala také UDMH a místo oxidu dusičitého kyselinu dusičnou. Ti, kdo unikli uhoření, se otrávili.)

Toxická paliva jsou problém. Kromě lodí Sojuz se dodnes spalují v motorech čínských raket CZ-2F a v minulosti je používaly rakety Titan II v programu Gemini. Je to jedno z rizik, které konstruktéři museli a musí brát v potaz. Nakonec se ho podařilo z velké části omezit, ovšem trosky například čínských raket na toxická paliva dodnes běžně dopadají do obydlených oblastí.

Záchranná věžička

Až na výjimky (Vostok, Voschod, Gemini a STS) se při pilotovaných kosmických letech používá takzvaná záchranná věžička LES (Launch Escape System). S tímto konceptem přišel v roce 1958 Max Faget, konstruktér lodi Mercury a jeden z vedoucích inženýrů NASA. Jde v podstatě o raketu na tuhá paliva, která je ve velmi krátkém čase schopná odnést 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. Potom se věžička oddělí, loď s posádkou vystřelí padáky a přistane.

V případě Vostoku a Gemini měla být záchrana kosmonautů provedena pomocí katapultovacího sedadla. U Vostoků hrozilo, že nedojde v malé výšce k otevření padáku, proto měl kosmonaut dopadnout do velké ocelové sítě vedle rampy. U Voschodu (šlo o upravenou loď Vostok pro vícečlennou posádku) byla v podstatě záchrana nemožná. Katapultovací sedadlo bylo odmontováno, jinak by se totiž kosmonauti do kabiny nevešli, a ve Voschodu 1 dokonce startovali v teplácích.

Průběh zkoušky první záchranné raketové věžičky určené pro kosmické lodi...

Průběh zkoušky první záchranné raketové věžičky určené pro kosmické lodi Mercury, která se uskutečnila 9. 5. 1960 na základně Wallops Island. Kabina byla vynesena do výšky 750 m nejvyšší rychlostí 1 571 km/h a po minutě a 16 sekundách přistála na padáku ve vzdálenosti kolem 1 km od místa zahájení zkoušky.

Prvních několik letů STS mělo rovněž namontovaná katapultovací křesla, ale potom byla odstraněna a záchrana posádky během úvodních několika desítek sekund letu byla spíše zbožným přáním.

Že záchranné systémy mohou být v praxi užitečné, ukázala dramatická událost ze 26. září 1983. Na Bajkonuru se chystala ke startu raketa Sojuz U s dvoučlennou posádkou Genadij Strekalov a Vladimír Titov. Měli na orbitální stanici Saljut 7 vystřídat čtvrtou dlouhodobou expedici ve složení Ljachov-Alexandrov. Raketa začala hořet a plameny přepálily kabeláž, takže již nebylo možné jejich prostřednictvím vyslat pokyn k záchraně kosmonautů, ač se o to kontroloři řídící start snažili. Zbývala tedy poslední možnost – spojit se se dvěma nezávislými kontrolory vzdálenými mnoho kilometrů od rampy (nebyli spolu ani v jedné místnosti). Ti současně stiskli tlačítko pro aktivaci záchranné věžičky rádiem. Celá tato komunikační epizoda trvala dvacet sekund, během kterých se celá raketa ocitla v plamenech.

Několik sekund poté, co záchranný systém loď Sojuz T-10-1 odnesl od hořící rakety, raketa na rampě explodovala. Loď po krátkém letu s maximálním bodem ve výšce jednoho kilometru přistála na padácích několik kilometrů od rampy. Posádka byla na pět sekund vystavena přetížení 14 až 17 g, ale přežila. Požár na rampě trval dalších dvacet hodin. Oba kosmonauti se poté ještě několikrát do vesmíru podívali při dalších misích a dokonce se svezli i raketoplánem. Dodnes jde o vůbec jediné použití záchranné věžičky během letů s lidskou posádkou.

Jak se zachraňuje dnes

Záchranné systémy se samozřejmě vyvíjí. Americké lodě Starliner a Crew Dragon nejsou již pro tento účel vybaveny věžičkou, ale mají záchranný systém zabudovaný přímo v lodi spalující oxid dusičitý a monomethylhydrazin. CST-100 Starliner společnosti Boeing je vybaven motorem RS-88 od firmy Rocketdyne, zatímco Dragon vyvinutý SpaceX disponuje osmi motory SuperDraco.

Jak se zachraňují kosmonauti. Nemusí přežít bez zranění

V květnu 2015 společnost SpaceX vyzkoušela záchranný systém kosmické lodi Dragon 2. Měl by snad být k posádce šetrnější než starší systémy, které sice zachraňovaly životy, ale na zdraví zachráněných se tak úplně nehledělo.

Ilustrace funkce záchranného systému lodi Dragon 2

Ilustrace funkce záchranného systému lodi Dragon 2

Motory SuperDraco měly původně mít dvojí využití. Primárně budou využívány jako únikový systém, který v případě nehody na rampě či během letu odnese loď s posádkou do bezpečí. Druhým využitím měla být možnost pomocí těchto motorů přistát na pevnině s přesností helikoptéry. Výkon motoru je dobře regulovatelný až na hodnotu 20 % maximálního tahu, což by pro přistání bylo velmi užitečné. Nakonec ovšem Crew Dragon bude přistávat klasicky pomocí padáků na mořské hladině a motory SuperDraco budou sloužit jen pro účely záchranného systému.

Aby SpaceX splnilo jednu z podmínek, kterou vytyčila NASA v rámci programu Commercial Crew, potřebovalo provést test záchranného systému Dragonu simulující situaci, kdy dojde k problému na rampě. Test proběhl 6. května 2015 na rampě SLC-40, a protože Crew Dragon samozřejmě ještě není hotov, firma při něm použila jakýsi hybrid mezi klasickým nákladním Dragonem a modulem pro posádku.

Motory SuperDraco dosáhnou plného výkonu pouhých sto milisekund po zažehnutím, a tak už za 1,2 sekundy měl Dragon rychlost 160 km/h, přičemž maximální dosažená rychlost při tomto testu se vyšplhala na 555 km/h. Po necelých dvou minutách Dragon přistál v oceánu na padácích. Jeden z motorů měl při testu špatný poměr paliva a dával nižší výkon, ale i přes tento drobný problém byl test úspěšný. Jeho průběh si můžete prohlédnout na následujícím videu:

Mimochodem, zájemci o program firmy se pokusili video z testu „naroubovat“ na video známé nehody rakety společnosti SpaceX před startem mise Amos-6 v září 2016. A na první pohled se zdá, že potvrzuje názor zástupců SpaceX, že i v tomto případě by systém lodi Crew Dragon dokázal astronauty zachránit.

Nejen na rampě

Problémy se samozřejmě mohou vyskytnout nejen přímo na rampě. Už při historicky prvním úspěšném startu na oběžnou dráhu, při kterém byla 4. října 1957 vynesena družice Sputnik-1, došlo k tomu, že jeden z postranních bloků (blok G) nedosáhl nominálního výkonu a celá raketa Sputnik (derivát Koroljovovy R-7) se začala naklánět na jednu stranu. Řídicí systém rakety začal tuto odchylku korigovat, ale náklon se stále zvětšoval.

Poslední mizivá šance: z Měsíce měli lidé prchat na létajícím křesle

V rámci programu Apollo Applications se počítalo s vysíláním primátů do vesmíru, vybudováním měsíční základny pro pobyt až na 200 dní i se systémem pro nouzové opuštění a záchranu astronautů z povrchu Měsíce. Lidé se měli proletět i kolem Venuše. Návrat na Zemi byl plánován na rok 1974.

Záchranný prostředek LED pro jednoho nebo dva kosmonauty.

Záchranný prostředek LED pro jednoho nebo dva kosmonauty.

Naštěstí se onen blok G rozjel na požadovaný výkon prakticky sekundu před tím, než by náklon překročil povolenou hranici. Stačila tedy sekunda, aby řídicí systém přerušil let a raketa spadla nedaleko od startovací rampy. Jak uvádí Tomáš Přibyl ve své přednášce Když padají rakety, Sověti/Rusové dosud nezveřejnili záběry ze startu, ač máme spoustu snímků z vývozu rakety i řadu snímků družice Sputnik-1. 

Problémy během letu také vedly k vůbec prvnímu použití záchranné věžičky pro záchranu posádky - lidé u toho ovšem nebyli. Psal se 31. leden 1961 a na rampě LC-5 na mysu Canaveral stála raketa Redstone s lodí Mercury 2. Start této rakety měl být ostrý test všech systémů před startem Alana Sheparda. Jediným pasažérem byl šimpanz Ham.

Raketa se začala odchylovat od plánované dráhy, spotřeba kyslíku pro motory byla vyšší než plánovaná, a proto hlavní motor rakety zhasl předčasně. Ham byl při startu vystaven přetížení přibližně 17 g a dosáhl rychlostí asi o 500 m/s vyšší, než bylo plánováno. Aby smůly nebylo málo, z důvodu předčasného poklesu tlaku v komoře motoru se aktivoval únikový systém ve formě záchranné věžičky. Navíc nastala dehermetizace kabiny lodi, při které tlak klesl na pětinu nominální hodnoty.

To jediné nebyl pro Hama problém, protože měl svůj vlastní tvrdý skafandr, který mu udržel dýchatelnou atmosféru. Zažil ovšem o dvě minuty delší stav beztíže, než se plánovalo a při sestupu přetížení skoro 15 g, tedy o tři „nad plán“. Při přistání pak beriliový štít prorazil do lodi Mercury dva otvory a do lodi začala vnikat voda. Naštěstí se šimpanze podařilo včas zachránit. Následující video pochází z dobových záběrů a o problémech se v nich vůbec nehovoří.

Kvůli této nešťastné misi přišla Amerika o prvenství ve vyslání člověka do vesmíru, naplánovala totiž další bezpilotní misi Mercury-Redstone DB, místo aby zariskovala a rovnou do vesmíru vyslala Alana Sheparda. Kvůli tomu, jak byl let naplánován, prvenství v kategorii prvního obletu Země člověkem by však připadlo SSSR tak jako tak.

I v případě pilotované kosmonautiky bylo v jednom případě nutné odpoutat se za letu od nosné rakety a raději sestoupit po balistické dráze. Psal se duben 1975 a na orbitální stanici Saljut 4 se chystali letět Oleg Makarov a Vasilij Lazarev v lodi Sojuz-18-1. Start z Bajkonuru proběhl v pořádku a bez problémů se obešlo i odhození postranních bloků a záchranné věžičky, která od jistého okamžiku tvoří jen zbytečnou zátěž. 

Potíže nastaly v okamžiku oddělování centrálního a horního stupně, přibližně ve 288. sekundě letu. Otevřely se jen tři zámky ze šesti, které držely oba stupně pohromadě. Potom došlo k zážehu horního stupně a směrem vzhůru tím pádem mířila prapodivná konstrukce, kdy motor horního stupně opaloval za sebou vlající a jen napůl připevněný centrální stupeň. Výsledkem bylo okamžité odchýlení od letové trajektorie.

V čase 295 sekund po startu byla odchylka detekována a vyhodnocena jako nepřípustná a zahájila se sekvence přerušení letu. Věžička již byla odhozena, přerušení letu tedy provedly motory lodi Sojuz-18-1. Jelikož v okamžiku přerušení mířila celá sestava již k Zemi, bylo přetížení při brzdění o atmosféru značně vyšší než běžných 15 g – dosahovalo téměř 21 g! Po 21 minutách od startu přistála loď Sojuz nedaleko města Alejsk.

Vasilij Lazarev se z havárie nikdy pořádně neuzdravil a v roce 1990 zemřel. Oleg Makarov absolvoval poté ještě několik dalších letů do vesmíru. Lze tedy bez nadsázky říci, že nebýt snahy konstruktérů, inženýrů a programátorů, kteří se pokouší předvídat možné i takřka nemožné situace, oba kosmonauti by selhání nosné rakety nepřežili. Pokud dojde k výraznému odchýlení od kurzu, bývá například u vojenských raket ve zvyku na dálku aktivovat autodestrukci.

Záchrana na videu

Funkci systému na záchranu posádky za letu si můžeme ukázat i na dvou videích. První zachycuje test únikového systému lodi Apollo z 19. května 1965. Mělo při něm dojít k úniku za letu v řídkých vrstvách atmosféry, kde aerodynamické řídicí prvky lodi ztrácí svou účinnost. Problém se však objevil už přibližně 2,5 sekundy po startu, kdy selhal řídicí systém. Raketa přešla do nekontrolovatelné rotace po podélné ose lodi, která posléze dosáhla rychlosti až 260 stupňů za sekundu.

Na videu je vidět, jak se celá konstrukce rakety Little Joe II vlivem rotace rozpadá. Tím se přerušily elektrické obvody do záchranné věžičky, což řídicí systém vyhodnocuje jako pokyn pro její zážeh, a proběhl tak únik za letu. Pro maketu lodi Apollo celá situace dopadla šťastně, přistála na padácích. Šlo tedy o neplánovaně ostrý test úniku za letu, který záchranný systém splnil a prokázal svoji účinnost. Pokud by byli na palubě astronauti, celou situaci by s největší pravděpodobností přežili.

Druhé video nás zavede do nedávné minulosti, 5. října 2016 v západním Texasu byl na Figure 2 Ranch Airport (Van Horn, Culberson County, Texas) vyvezen druhý exemplář rakety New Shepard firmy Blue Origin. Čekal ho pátý a poslední start. Měl posloužit jako test záchrany kabiny za letu, která bude v budoucnu vynášet platící zákazníky na hranici vesmíru. Test byl proveden 45 sekund po startu při rychlosti přibližně 630 km/h, tedy v okamžiku největšího aerodynamického náporu (max-Q). Kabina má záchranný motor na tuhé pohonné látky integrován v trupu.

Zkouška byla úspěšná, záchranný motor odnesl kabinu do bezpečí a ta v čase 4 minuty 15 sekund dosedla na padácích. Nečekaným překvapením bylo, že test přečkala i samotná raketa, která sedm a půl minuty po startu přistála zpátky na rampě - byť mírně nakloněna na jednu stranu. Blue Origin přitom přežití stroje nepředpokládala, ale už dopředu oznámila, že pokud by vše dopadlo jinak, raketa poputuje do muzea. Kabina i druhý exemplář rakety New Shepard byly po tomto testu vyřazeny z aktivní služby.

Text vznikl pro server ElonX, a byl redakčně upraven. Původní text vyšel ve dvou dílech zde a zde.

Autor:

Nejčtenější

Oumuamua může být mimozemskou časovou schránkou, řekl expert v Rozstřelu

Astronom Petr Scheirich v diskusním pořadu Rozstřel.

„Můj názor je, že jde o těleso přírodního původu, ale přál bych si, aby tomu tak nebylo,“ řekl v Rozstřelu o prvním...

Samopal vz. 58, který není samopalem, má vyšší kadenci než kalašnikov

Československý samopal vz. 58 V - verze pro výsadkáře se sklopnou opěrkou.

V Československu vzniklo několik typů palných pěchotních zbraní, které se mohly směle rovnat se zahraniční konkurencí....

Okřídlení géniové. Vrány si při pokusu zvládly vyrobit složené nástroje

Vrány se ukazují jako stále chytřejší a chytřejší.

Nový experiment naznačuje, že bychom měli přehodnotit rčení chytrý jako liška na chytrý jako vrána. Skupina...

Nové implantáty dovedou zlepšit paměť, ale nesmí se k nim dostat hacker

DBS

Elektronické implantáty by mohly podle neurovědců již v příštím desetiletí pomáhat vylepšovat paměť, zejména pacientům...

Změna v TV vysílání se blíží. Vše, co musíte vědět o přechodu na DVB-T2

Nelamte si s DVB-T2 hlavu. Vše podstatné se dozvíte níže.

Informační kampaň k přechodu na nový standard pozemního televizního vysílání DVB-T2 může stát až 350 milionů korun. V...

Další z rubriky

Dalekohled Kepler končí, došlo mu palivo. Objevil přes 2 600 planet

Vizualizace dalekohledu Kepler

O hledání nových planet u cizích sluncí se budou muset postarat jiná zařízení, než je vesmírný dalekohled Kepler. Na...

Už se neozve. Sonda Dawn odhalila záhadné skvrny, teď ji došlo palivo

Sonda DAWN

Veleúspěšná sonda Dawn se definitivně odmlčela. Došlo ji palivo (hydrazin) potřebné k orientaci v prostoru. Stroj tak...

Na sedmiletou cestu k Merkuru se vydaly dvě sondy BepiColombo

Start rakety Ariane 5 s projektem BepiColombo na palubě 20.10.2018.

Z kosmodromu Evropské kosmické agentury (ESA) Kourou ve Francouzské Guyaně odstartovala v sobotu 20.října časně ráno...

Najdete na iDNES.cz