Úvodní strana  >  Články  >  Kosmonautika  >  Letadlové nosiče raketoplánů

Letadlové nosiče raketoplánů

Discovery se připravuje na transport do KSC
Discovery se připravuje na transport do KSC
Občas je zapotřebí raketoplán dopravit na nějaké vzdálenější místo. Nejčastěji tato situace nastává, když po návratu z kosmického letu nemůže z důvodu nepříznivých meteorologických podmínek přistát v Kennedyho vesmírném středisku (KSC). V takovém případě se jako náhradní místo přistání používá Edwardsova letecká základna, která se nachází v Kalifornii. K tomu, aby mohl být raketoplán připraven na další let do vesmíru se musí opět dostat na Floridu do KSC, což je více než 3 600 km vzdušnou čarou, prakticky přes celé Spojené státy. Jak tento přesun zařídit?

Možná někoho napadne, že když raketoplán je vlastně takové letadlo, tak proč by nemohl jednoduše na dané místo přeletět sám? Vzhledově možná tento kosmický dopravní prostředek připomíná letoun, ale tím veškerá podobnost končí. Jeho motory nejsou přizpůsobeny pro lety v atmosféře, slouží jen pro přesně vymezené účely. Hlavní motory SSME a pomocné startovací rakety SRB jsou určeny pouze k vynášení na oběžnou dráhu, manévrovací motory OMS a reaktivní motory orientace a stabilizace RCS provádí korekce dráhy. Kromě toho motory SSME čerpají palivo výhradně z externí nádrže, v orbitální části raketoplánu pro ně žádné zásoby nejsou. Ani by to nebylo možné, protože externí nádrž obsahuje více než 700 tun paliva a toto úctyhodné množství vystačí pouze na 8,5 minuty letu. Motory se nepoužívají ani k přistávání, pouze na úplném začátku přistávacího manévru se zážehem motorů OMS sníží rychlost letounu. Poté již musí astronauti používat jen aerodynamický odpor vesmírného plavidla, protože to se v atmosféře pohybuje stejně jako bezmotorový kluzák.

Když se nemůže raketoplán přemísťovat vlastní silou, je jasné, že jej bude muset převážet nějaký jiný stroj. Pozemní doprava není na takové přesuny příliš vhodná. Na větší vzdálenosti je velmi pomalá a vzhledem k rozměrům raketoplánu i značně obtížná. Také existuje poměrně velké riziko, že dojde k poškození vesmírnéhoplavidla. Proto bylo brzy jasné, že přesuny bude muset zajišťovat nějaký letoun. Jako jeden z kandidátů na tuto práci se zvažoval čtyřmotorový transportní letoun Lockheed C-5 Galaxy. Ten patří mezi největší vojenské letadla na světě a je přímo určen k přepravě nadměrných nákladů na velké vzdálenosti. Nakonec ale dalo vedení NASA přednost letounu Boeing 747. Důvodů, proč se tak rozhodlo, bylo několik. Jedním z nich se stal fakt, že C-5 Galaxy je hornoplošník, kdežto Boeing 747 má křídla ve spodní části trupu, což je vhodnější uspořádání pro transport tělesa na "zádech" letounu. V neprospěch stroje C-5 Galaxy hovořilo také to, že by zůstal ve vlastnictví amerického letectva.

První Boeing 747 (ve variantě 100) získala NASA počátkem 70. let od letecké společnosti American Airlines (Americké aerolinky). Ta tehdy vyřazovala některá letadla z běžného provozu a mezi nimi i tento stroj. Poté, co přešel pod NASA, dostal od federálního leteckého úřadu označení N905NA. Zajímavostí je, že ještě několik let měl na trupu modrý, bílý a červený pruh, tj. barevné provedení, získané u American Airlines. Teprve v roce 1983 dostal bílý nátěr s modrým pruhem, jaký se používá u NASA. Nejprve v rámci studie leteckého výzkumného střediska Dryden (Dryden Flight Research Center - DFRC) se na Boeingu zkoumaly vlastnosti odtokového víru a lety v těsné formaci se stíhačkami F-104. Zjišťovalo se, zda by šly snížit turbulence, způsobované velkými letadly a případně jakým způsobem. Po těchto testech jej čekaly rozsáhlé úpravy. Roku 1976 stroj putoval do mateřské společnosti Boeing, kde jej přizpůsobili tak, aby mohl co nejlépe létat s rozměrným a těžkým nákladem na hřbetě. Prostor, kde původně sedávali pasažéři, byl zbaven všeho, co nebylo pro další provoz nezbytné, aby bylo letadlo co nejlehčí. Naopak došlo k posílení trupu a horní část letounu byla vybavena třemi konstrukcemi (jednou vpředu a dvěma v zadní části), sloužícími k ukotvení vesmírného plavidla. Na ocasní část byly přidány vertikální plochy, pomáhající udržovat stabilitu při letu s raketoplánem. Zároveň byl přidán únikový tunel, který měl v případě nouze umožnit evakuaci posádky. Během úprav byly také zmodernizovány motory a celá avionika (elektrické a elektronické systémy letadla). Z běžného dopravního letadla se tak stal letecký speciál, který se anglicky nazývá Shuttle Carrier Aircraft, zkráceně SCA. Tento výraz se dá do češtiny přeložit jako letadlový nosič raketoplánu.

Společný snímek obou nosičů
Společný snímek obou nosičů

První testy s raketoplánem proběhly na Edwardsově letecké základně v roce 1977. Na hřbet Boeingu byl připevněn zkušební raketoplán Enterprise a 15. února se celá sestava nejprve třikrát projela po ranveji, aniž by vzlétla. Postupně se zvyšovala rychlost a při poslední "projížďce" dosáhla až 253 km/h. Po celou dobu se sledovalo, jak se budou spojené letouny chovat při pohybu po zemi. Výsledky byly uspokojivé a tak o tři dny později celá sestava vzlétla k prvnímu letu. Ten probíhal zatím s raketoplánem bez posádky a tentokrát se zkoumaly letové vlastnosti letadlového nosiče s nákladem. Podobných leteckých testů se uskutečnilo celkem pět, přičemž nejdelší trval bez dvou minut 2,5 hodiny. Poslední let s prázdným raketoplánem absolvoval Boeing 2. března a dosáhl při něm nejvyšší rychlosti (760 km/h) i výšky (9 180 metrů). Během června a července se uskutečnily tři lety, během kterých už byla na palubě Enterprise dvoučlenná posádka. Střídaly se dvě - v jedné byl F. Haise a G. Fullerton, druhou tvořili J. Engle a R. Truly. Ani tentokrát se nevyskytly žádné vážné komplikace a tak se v době od 12. srpna do 26. října pokračovalo dalšími lety, kdy už se Enterprise oddělovala od svého nosiče a přistávala samostatně. Tyto lety jsou označovány jako program ALT (Approach and Landing Tests - testy přiblížení a přistání), při kterém se zkoumalo, zda je raketoplán schopen pohybovat se v atmosféře a přistávat podobně jako letadlo. Poslední letové zkoušky proběhly v listopadu a tentokrát šlo o dlouhodobé lety nosiče s raketoplánem. Nejdelší z nich se konala 16. listopadu a trvala 4 hodiny a 17 minut. Po ukončení programu ALT byl únikový tunel opět demontován, protože hrozilo nebezpečí, že během evakuace dojde k nasátí posádky motorem.

Druhý letoun na převážení raketoplánů zakoupila NASA v roce 1988 a jednalo se opět o Boeing 747, tentokrát v provedení 100SR. Poslední dvě písmena označení znamenají Short Range, neboli krátký dosah. Tato varianta byla vytvořena pro japonské aerolinky, které požadovaly stroje se zvýšenou kapacitou, aby mohly lépe zajistit vnitrostátní lety mezi velkými městy. Verze SR vznikla úpravami Boeingu 747-100, zejména pak přidáním několika desítek míst pro pasažéry a snížením kapacity palivových nádrží o 20 %. Dále byl posílen trup a podvozek upraven tak, aby zvládl zvýšenou zátěž i plánovaný výrazně větší počet vzletů a přistání. Letadlo mělo tedy dobré předpoklady, aby mohlo přenášet raketoplány. Přesto muselo samozřejmě projít mnoha konstrukčními úpravami, než mohlo začít pracovat jako nosič kosmických plavidel. Po přestavbě bylo v listopadu 1990 opět vráceno NASA a nyní létá s označením N911NA. První úkol tohoto nosiče byl převoz nově vyrobeného raketoplánu Endeavour od výrobce, sídlícího v Palmdale, do KSC.

Dopravit raketoplán z Edwardsovy základny do KSC je značně složitá záležitost. Jen příprava trvá asi týden a podílí se na ní kolem 170 lidí. Jedním z prvních úkonů je nasazení speciálního krytu na zadní část raketoplánu. Ten zlepšuje jeho aerodynamiku a snižuje tím i spotřebu paliva nosného letounu. Pak se musí kosmický letoun dopravit ke spojovacímu zařízení, kterému se říká Mate-Demate Device (MDD). Jedná se o kovovou konstrukci s několika jeřáby, umožňující spojení a rozpojení obou letounů. Skládá se ze dvou věží o celkové výšce 30,48 m se čtyřmi pracovními plošinami ve výškách přibližně 6, 12, 18 a 24 m. V úrovni nejvyšší plošiny se nachází vodorovná konstrukce, vyčnívající více než 21 m směrem dopředu. Na ní je zavěšen mohutný nosník, ovládaný v přední části jedním a v zadní dvěma kladkostroji. Tento nosník se připevní k raketoplánu a zdvihne jej, případně sníží do požadované výšky. Každý z kladkostrojů unese přes 45 tun, společně pak mají nosnost více než 100 tun. Dvě menší zdvihací zařízení, používaná k vynášení různých zařízení a příslušenství, najdeme i v každé věži. Ta jsou schopna vynést náklad o hmotnosti maximálně 4,5 tuny do výšky až 18 m. Na vodorovné konstrukci jsou dále zavěšeny na teleskopických tyčích dvě plošiny pro servisní specialisty. V případě potřeby se spustí na úroveň raketoplánu, aby k němu umožnily snadný přístup, jinak zůstávají ve výšce 18 m. MDD postavila firma George A. Fuller Co. v roce 1976 a jeho cena byla 1,7 miliónu dolarů. Používalo se již během programu ALT a slouží ke spojování nebo rozpojování raketoplánu a nosiče dodnes. Pokud jde vše bez komplikací, trvá proces spojovaní obou letounů asi 8 až 10 hodin. Nejde totiž jen o pouhé připevnění raketoplánu na horní část Boeingu, ale i o propojení různých přístrojů, které umožní posádce nosiče sledovat stav vesmírného plavidla během celé doby, kdy je s letounem spojeno.

Spojovací zařízení MDD byla vyrobena dvě, jedno je umístěno v KSC, druhé na Edwardsově základně. Kromě toho existuje ještě jedno podobné, nazvané Orbiter Lifting Frame (OLF). To má na rozdíl od MDD tu výhodu, že je koncipováno jako stavebnice. Je možné je rozebrat, naložit do dvou velkých nákladních letadel, přepravit na libovolné místo a zde opět sestavit. OLF se přímo při letech do vesmíru použilo jen jednou a to po skončení mise STS-3. Ta probíhala v březnu 1982 a podle původního plánu měla být ukončena přistáním na základně Edwards. V oblasti ale silně pršelo a přistávací plocha, tvořená dnem vyschlého jezera, byla rozměklá. Ředitel NASA proto rozhodl, že raketoplán Columbia přistane na záložním letišti Northrup Strip v oblasti vojenské střelnice White Sands. Mezi spoustou dalšího vybavení se sem muselo dopravit i OLF, aby bylo možné naložit raketoplán na nosič a dopravit jej z Nového Mexika zpět do KSC na Floridě. OLF se používá také v městě Palmdale, u společnosti Boeing, kde se vyráběly, případně procházely opravami a úpravami orbitální části raketoplánů.

Columbia na hřbetě letadlového nosiče
Columbia na hřbetě letadlového nosiče

Při letu s raketoplánem se významně mění možnosti nosného letounu. Kvůli mnohem větší spotřebě (udává se přibližně 100 litrů na kilometr letu) je dolet snížen z 10 100 km na pouhých 1 850 km, tj. na méně než pětinu původní hodnoty. Z toho vyplývá, že přesuny na delší vzdálenosti se neobejdou bez několika mezipřistání a doplnění paliva. Dělaly se sice pokusy s doplňováním pohonných hmot za letu, ale vyskytly se problémy s vertikálními stabilizátory a tak se raději od tohoto záměru ustoupilo. I rychlost a maximální letová výška jsou při letu s vesmírným plavidlem na zádech sníženy. S tímto nákladem smí nosič létat rychlostí maximálně kolem 640 km/h a vystoupat do výšky 4,5 km. Přitom dopravní Boeingy stejného typu běžně létají ve výškách kolem 11 km cestovní rychlostí přibližně 900 km/h.

Samotný let trvá kolem 12 hodin čistého času a obvykle se rozděluje do dvou nebo tří dní. Před nosičem vždy letí průzkumné letadlo, nazývané "Pathfinder" (česky Průkopník nebo Naváděč), jehož pilot sleduje počasí v dráze letu. Zejména je nutné dávat pozor na turbulenci, bouřkové mraky a silný vítr. Raketoplán je velmi citlivý náklad a mimo jiné by se neměl během letu vystavovat teplotám pod -9°C. Kvůli tomu je někdy nutné (zejména v zimním období) létat s ním poměrně nízko - ve výšce nepřesahující tři kilometry nad zemským povrchem. Doprava raketoplánu není žádná levná záležitost. Uvádí se, že jeden převoz raketoplánu z Kalifornie na Floridu vyjde asi na 230 000 dolarů.

Posádku nosiče tvoří čtyři osoby - dva piloti a dva palubní inženýři. Pokud letoun nenese raketoplán, stačí k letu jen jeden palubní inženýr. Na tyto transporty je speciálně vycvičen malý tým složený ze šesti pilotů a čtyř palubních inženýrů. Jedná se většinou o bývalé vojenské piloty, kteří mají bohaté zkušenosti s různými typy letounů. Jedním z nich byl například Charles Gordon Fullerton, jeden z astronautů, který se zúčastnil programu ALT a kosmických letů STS-3 a STS-51-F. Protože transporty raketoplánů se provádějí jen výjimečně, musí piloti dvakrát do roka tyto lety trénovat alespoň na simulátorech. Od počátku programu Space Shuttle až do současnosti se uskutečnilo přes 60 letů. Celkem 55x bylo nutné dopravit raketoplán po přistání do KSC. Jednou to bylo z White Sands (po již zmíněné misi STS-3), ostatní transporty probíhaly z Edwardsovy letecké základny. Zbylé lety byly v rámci programu ALT a dále mezi KSC a Palmdale, když bylo zapotřebí dopravit raketoplán od výrobce nebo naopak k němu zpět. Letadlové nosiče jsou připraveny i na případ, že by raketoplán musel kvůli nějaké závadě nouzově přistát na některém ze záložních letišť, nacházejícím se mimo území USA. Tato situace však zatím naštěstí nenastala. Nejdelší trasu absolvoval letoun v roce 1983, kdy převážel zkušební raketoplán Enterprise na leteckou přehlídku do Paříže. Aby mu vystačilo palivo na tak dlouhou cestu, uskutečnil několik mezipřistání, během kterých se musely doplnit pohonné hmoty. Nad Atlantský oceán se vydal z letecké základy Goose Bay v severovýchodní Kanadě a než dolétl do cíle, přistál nejprve na Islandu, v Anglii a tehdejším Západním Německu.

Éra raketoplánů se rychle chýlí ke konci. Podle aktuálních plánů by se měly uskutečnit už jen dvě, případně tři mise. Poté, co skončí poslední z nich, bude čekat na nosiče zřejmě již jen jeden úkol. Protože NASA hodlá raketoplány prodat, odnesou je na svých hřbetech k novým majitelům. Poté se pravděpodobně i oba Boeingy odeberou na odpočinek.

Další zajímavosti o programu Space Shuttle

Vybrané zdroje:

   •  Wikipedia: Shuttle Carrier Aircraft
   •  NASA: Shuttle Carrier Aircraft
   •  NASA: Shuttle Mate-Demate Device (MDD)
   •  NASA: The World's Greatest Piggyback Ride
   •  SLATE: How Does the Space Shuttle Fly Home?

Převzato: Hvězdárna a planetárium Plzeň




O autorovi

Václav Kalaš

Narodil se v Plzni a o astronomii se začal zajímat už od dětství. Asi prvním impulzem byl článek "Objevování sluneční soustavy", který vyšel jako příloha časopisu Mladý svět. Když o něco později zjistil, že Hvězdárna a planetárium Plzeň pořádá astronomický kroužek, přihlásil se do něj. Této organizaci zůstal věrný až do jejího sloučení s Hvězdárnou v Rokycanech. Nejprve jako zaměstnanec, nyní jako externí spolupracovník. Nejprve se věnoval jen astronomii, po havárii raketoplánu Columbia začal pomalu pronikat i do tajů kosmonautiky. Pozoruje meteory, píše články hlavně o nich, ale nevyhýbá se ani jiným tématům. V kosmonautice se zaměřuje zejména na raketoplány. Kontakt: Vaclav.Kalas@seznam.cz.



39. vesmírný týden 2016

39. vesmírný týden 2016

Přehled událostí na obloze od 26. 9. do 2. 10. 2016. Měsíc bude v novu. Venuše, Mars a Saturn najdeme večer stále jen nízko nad obzorem. Neptun a Uran můžeme pozorovat celou noc. Na ranní obloze můžeme před svítáním pozorovat kužel zvířetníkového světla do něhož před východem Slunce stoupá planeta Merkur a bude zde také srpek Měsíce.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Pradědovy Perseidy 2016

Píše se rok 258, 10. srpen. Na rošt nad horké uhlí je položen správce chrámové pokladny před několika dny popraveného papeže Sixta II a je opékán zaživa. Po chvíli volá: „Z jedné strany jsem již opečený, pokud mě chcete mít dobře udělaného, je čas mě otočit na druhou stranu.“ Toto utrpení podstoupil

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

ISS

Stanice ISS nízko nad JV obzorem,začínají večerní přelety nad ČR.

Další informace »