Šest desetiletí od vstupu USA na oběžnou dráhu – Technika a mise programu Mercury (2/5)

Studie kosmických letů

Po druhé světové válce Američané zajali během operace Paperclip několik skupin špičkových německých inženýrů, ale i fyziků, fyziologů nebo psychologů. Právě tyto skupiny položily základ programu Mercury. Díky technologiím, získaných od těchto německých vědců, začaly vznikat první studie proveditelnosti pilotovaného kosmického letu. Tým šesti nejlepších německých vědců pod vedením amerického odborníka na leteckou medicínu plukovníka Armstronga v listopadu 1948 uspořádal panelovou diskuzi za účasti předních vědců z univerzit i armády na téma Problémy letecké medicíny během kosmických letů. Právě tato schůzka položila základy medicíny extra-atmosférických letů.

Mezi největší problémy, které tehdejší výzkumníci museli řešit, jelikož o nich nikdo nic nevěděl, patřil stav mikrogravitace, jenž při části kosmického letu působí. V tehdejší době určití lékaři zastávali názor, že lidské orgány nejsou schopny fungovat ve stavu beztíže. Nejjednodušším, nicméně nejdražším způsobem výzkumu mikrogravitace byly výškové lety, zpočátku na raketách V2. Na špičce těchto raket byly umisťovány kapsle s různými druhy hmyzu, semeny rostlin, křečky či myšmi, v důsledku nefunkčnosti padáků nebo přímo rakety však většina těchto letů skončila neúspěchem. Také let rakety Aerobee v září 1951 z Hollomanovy letecké základny skončil jen částečným úspěchem. Na palubě byla opice, ale návrat se nezdařil, neotevřel se správně padák. 

Tyto lety ale byly velice nákladné a proto roku 1951 přišli Fritz a Heinz Haberovi s myšlenkou parabolických letů na paubě letounu v atmosféře, jenž byly realizovány od roku 1953. Druhým, opačným problémem bylo přežití několikanásobného přetížení při startu a návratu do atmosféry. Vícenásobné g bylo nejdříve zkoumáno taktéž při raketových letech, později i při parabolických, především však na centrifugách a raketových saních. Ve chvíli, kdy byl schválen program Mercury, už tedy bylo v tomto oboru nabyto poměrně dobrých zkušeností. Testy kandidátů na post astronauta probíhaly na špičkových pracovištích, původně zaměřených na leteckou medicínu, jako byly Lovelace Clinic předního amerického leteckého lékaře Williama Lovelace v Albuquerque, na základně Wright-Patterson v Ohiu nebo letecké základně námořnictva v Pensacole.

Vývoj kosmické lodi

Vývoj pilotované kosmické lodi začal už několik let před samotným schválením programu Mercury, a to pod patronací NASA. Důvod byl prostý, během druhé světové války armádní technika pokročila neuvěřitelně dopředu a tento trend pokračoval i po tomto konfliktu, zejména na začátku studené války. V armádách se vyvíjely vedle jiných i výškové a dálkové rakety, a také vysoce výkonné, později dokonce nadzvukové stíhačky. V hlavě nejednoho inženýra se tedy začala rodit myšlenka propojit tyto dvě oblasti, aby mohli lidé létat do vesmíru a mimo to začaly vznikat i studie menšího rozsahu ohledně možnosti zhotovit kosmickou loď.

V době, kdy se začalo ještě v rámci NACA vyvíjet pilotované vesmírné plavidlo, byly těmto konceptům nejblíže nadzvukové stíhačky, kterým však stačilo překonat rychlost něco málo přes 1000 km/h, tudíž nebylo nutné se zabývat vysokým tepelným namáháním při návratu z orbity a aerodynamika při startu rakety se taktéž od letu stíhačky diametrálně odlišovala. V NACA se těmito aerodynamickými a termodynamickými výzkumy zabývali hlavně v Langleyho středisku, kde byl pro účely těchto testů vyvinut supersonický větrný tunel, a taktéž prováděli rozsáhlý výzkum různých materiálů pro použití na tepelném štítu lodi. Tyto výzkumy byly vznikem NASA v roce 1958 převedeny z teoretické roviny obecného výzkumu k realizaci. Do konce roku 1958 byl program Mercury přesně specifikován a následujícího roku zahájen konkrétní vývoj a výroba kosmické lodi, a taktéž výběr rakety.

Raketa pro Mercury

Opět se vracíme k německým inženýrům a raketám, které vyvinuli. Právě o rakety tohoto týmu se v programu Mercury Američané opřeli. Roku 1947 jsou vytvořeny letecké síly armády USA, které bezprostředně po svém vzniku začínají rozvíjet německé raketové technologie z 30. let. V dubnu 1950 je vydán rozkaz k přesunu 130 německých inženýrů pod vedením Wernhera von Brauna ze základen Fort Bliss a El Paso do Huntsvillu v Alabamě, kde se jejich úkolem stane vyvíjet naváděné armádní střely. Wernher von Braun je však znám svou vášní pro využití raket ke kosmickým letům namísto válečných účelů. Vyvíjí rodinu sondážních a balistických raket Redstone, roku 1957 se ale po startu Sputniku částečně mění americké zájmy a i do Huntsvillu přichází nařízení k modifikaci raket Redstone na výškové a orbitální nosiče, vzniká raketa Juno 1, která vynese na oběžnou dráhu první americkou družici Explorer, a Redstone MRLV, jež je roku 1958 vybrána k suborbitálním letům kabiny Mercury.

V roce 1946, rok předtím než letectvo začalo rozvíjet německé rakety, byl zahájen projekt první americké interkontinentální balistické střely Atlas, která má Spojeným státům zajistit, že udrží krok se Sovětským svazem. V 50. letech byla stále vyvíjena pro vojenské účely a až po Sputniku byl Atlas, konkrétně verze Atlas-D, upraven pro použití za účelem vynesení kabiny Mercury na oběžnou dráhu, na rozdíl od suborbitálního Redstonu. I v případě Atlasu se však jeho nosnost držela hluboce pod možnostmi sovětské R-7.  Atlas po dobu vývoje provázely četné problémy a archivy doslova oplývají nahrávkami explozí těchto raket, tyto problémy se však podařilo vyřešit a z Atlasu se stala velmi úspěšná nosná raketa používaná pro civilní účely. Jeho užití  programu Mercury byl totiž jen začátek, po kterém přišly další a další modifikace, přičemž je užíván dodnes. V dnešních dnech létá pod společností ULA ve verzi Atlas V.

Méně známým faktem je, že v programu Mercury byla použita i třetí raketa, a sice malý suborbitální nosič Little Joe, jenž byl použit celkem osmkrát, všechny lety byly nepilotované, dvakrát raketa selhala a dvakrát se na palubě nacházely opice. Little Joe byla vyvinuta jako levná alternativa Redstonu a Atlasu pro jednoduché testovací lety.

Kosmická loď Mercury

Mercury byla kosmická loď určená pro jednoho jediného astronauta a oproti sovětskému Vostoku měla pouze třetinovou hmotnost. Na délku měřila tři a půl metru, maximální průměr činil 1,89 metru, vzletová hmotnost 1 934 kg a přistávací o 804 kg méně. Na kabině se nacházely 2 soustavy raketových motorů, tři oddělovací a tři brzdné. Loď byla vybavena i záchranným systémem, jehož cílem bylo, podobně jako u dnešních kosmických plavidel, vynést v případě havárie rakety loď do bezpečné vzdálenosti od rakety, kde je bezpečné použít padáky a bezpečně přistát.

Loď byla plně automatická a manévrování ve vesmíru bylo zajištěno motorky na peroxid vodíku. Tepelný štít pro návrat do atmosféry byl zhotoven z fenolové pryskyřice a samotný plášť lodi byl z titanové slitiny o tloušťce čtvrt milimetru, zvláště namáhaná místa pak byla pokryta slitinou Rene-41 a beryliovými pláty. Mercury přistávala na moři pomocí padákového systému, který se otevíral ve výšce tří tisíc metrů a hladké dosednutí bylo jištěno ještě vzduchovým polštářem. Zakázka na výrobu lodi Mercury byla uložena firmě McDonell Aircraft Corporation.

Specifikace raket

Raketa Redstone měla pouze jeden stupeň, bez jakýchkoliv boosterů, nosič Atlas byl naproti jí obohacen jedním boosterem. Výška nosiče Redstone byla 25,41 metrů, její průměr se rovnal 1,78 metru a hmotnost dosahovala třiceti tun, přičemž na suborbitální dráhu byla tato raketa schopna vynést 1 800 kg. Jediný raketový motor, kterým byla raketa vybavena, spaloval ethanol s kapalným kyslíkem. Výrobcem se v tomto případě stala firma Chrysler.

Raketa Atlas se tyčila do výšky 28,7 metru, její průměr činil rovné tři metry, v dolní části, kde se nacházel booster pak 4,9 metru. V prázdném stavu vážila 120 tun a její nosnost na orbitu činila, na poměry pilotované orbitální rakety relativně nemnoho, pouhých 1 360 kilogramů. Raketa Atlas spalovala RP-1 s kapalným kyslíkem, booster byl vybaven dvěma motory, centrální stupeň jedním.

Testovací lety

Úplně první testovací lety byly uskutečňovány pomocí rakety Little Joe, přičemž úplně první proběhl dne 21. srpna 1959 a byl jím test záchranného únikového systému. Trval dvacet sekund, ale skončil selháním. Další let už připadl raketě Atlas verze 10D, tedy trochu odlišné od těch, které byly použit později. Byl pojmenován Big Joe 1, uskutečnil se hned 9. září a jeho cílem bylo otestovat tepelný štít lodi a aerodynamiku spojenou s návratem do atmosféry. Při letu se vyskytlo několik problémů a maketa kosmické lodi přistála o stovky kilometrů jinde, i přesto se ale tento test považuje za částečně úspěšný.

Částečné úspěšnosti dosáhly i dva následující letové testy, jež proběhly přesně měsíc po sobě, čtvrtého října a listopadu 1959. V obou případech byla použita raketa Little Joe a jednalo se o testy aerodynamiky a únikového systému.

Následující let proběhl opět přesně měsíc po tom předchozím, 4. prosince 1959 a jednalo se o první plně úspěšný let programu. Byl proveden raketou Little Joe a na palubě se nacházel makak Sam, který se podíval do výšky 85 kilometrů.

Následující test, opět v podání Little Joe se konal již v roce následujícím, konkrétně 21. ledna a na palubě byl podruhé živý tvor, makak Miss Sam, který absolvoval test únikového systému a podíval se do výšky 15 km.

V květnu se uskutečnil úspěšný, ani ne dvouminutový test zvaný “Beach Abort”, poté se však nad programem obrazně řečeno stáhla mračna a přišly v červenci a listopadu rovnou tři neúspěchy v podání všech třech raket, jež byly v programu použity. V červenci byla testována sestava Mercury-Atlas, ale nepřežila fázi Max-Q, v listopadu poté nejdříve Little Joe nezvládla první abort test s reálnou kabinou a v tom samém měsíci Redstone při svém prvním testu ve společnosti kabiny Mercury selhala po dvou sekundách ještě nad startovní rampou.

Po tomto temném období však program Mercury čekalo mnoho velmi úspěšných letů. Tuto úspěšnou sérii zahájila raketa Redstone necelý měsíc po svém selhání, když provedla naprosto přesný suborbitální let. Tento let byl proveden se stejnou kabinou jako při předchozím neúspěchu, kdy raketa sice explodovala, ale kabina se díky abort systému zachránila. Tento let byl zopakován 31. ledna následujícího roku, kdy se na palubě do vesmíru svezl slavný šimpanz Ham.

Let provázely problémy, a tak bylo rozhodnuto uspořádat ještě jeden takový let předtím, než do této kabiny nasedne Al Shepard. Tento let proběhl 24. března a byl úspěšný, avšak připravil Američany o prvenství v ohledu dobytí vesmíru člověkem. Mezi těmito dvěma lety však nesmíme opomenout první úspěšný let sestavy Mercury-Atlas, byť jen suborbitální, uskutečněný bez jednoho dne rok před letem Johna Glenna.

Částečného úspěchu dosáhla raketa Little Joe, 18. března se při testu záchranného únikového systému špatně oddělila kabina a v důsledku tohoto incidentu přistála na Zemi mírně poškozena. 25. dubna se měl uskutečnit první testovací orbitální let soustavy Mercury-Atlas s robotickým astronautem na palubě, skončil ovšem jako déšť trosek způsobený autodestrukcí kvůli špatné funkci naváděcího systému, kabina byla ale zachráněna a použita pro následující orbitální test. Tři dny poté se ještě odehrál poslední let rakety Little Joe, třetí únikový test reálné lodi, který byl, do třetice všeho dobrého, plně úspěšný.

5. května roku 1961 se odehrál pro Spojené státy zlomový okamžik. Hranici vesmíru ve výšce 100 kilometrů totiž překročil, byť jen na několik málo minut, první americký občan Alan Shepard v kabině Mercury Freedom 7. Na svůj historický suborbitální let z floridského mysu Canaveral, kterým vzbudil po celých USA obrovskou vlnu nadšení, byl vynesen raketou Redstone a podíval se do výšky 187,5 km. Shepardův úspěch brzy, 21. července, zopakoval Virgil “Gus” Grissom, který se do vesmíru podíval v lodi pojmenované Liberty Bell 7. Jedinou skvrnou na kráse bylo, když byl příklop kabiny vinou výboje statické elektřiny odpálen předčasně a loď se i se svým pilotem začala potápět. Gus byl zachráněn, ale kabina nikoliv, přičemž tento fakt byl Grissomovi dlouho vyčítán, a až po jeho smrti se dokázalo, že doopravdy za nic nemohl. Při obou letech sloužil jako náhradník ústřední hrdina tohoto seriálu, John Glenn.

13. září proběhl první úspěšný orbitální let rakety Atlas s kosmickou lodí Mercury na špici, v níž byl usazen robotický astronaut, který testoval systém podpory života. Poslední říjnový den odstartovala poprvé a naposledy v rámci programu Mercury raketa Scout, která měla na orbitu vynést satelit pro testování komunikační sítě pro pilotované lety. Mise ale nebyla úspěšná a vzhledem k tomu, že tuto síť už testoval předchozí let a 28 dní po této misi let další, ztratil tento satelit smysl a pokus o start nebyl zopakován.

Úplně posledním letem před legendárním Friendship 7  byl předposlední listopadový den roku 1961 letový test MA-5 (Mercury-Atlas-5), jehož délka už dosáhla bezmála tří a půl hodiny a na palubě byl druhý vesmírný šimpanz se jménem Enos. Cíle letu byly podobné jako v případě MA-4, tentokrát však podporu životních podmínek testoval sám Enos. Celkem v rámci programu Mercury proběhlo dvacet nepilotovaných testů. Z toho 6 misí bylo neúspěšných, 4 mise dokázaly uspět částečně a polovina všech těchto letů byla úspěšných. Po letu MA-5 již nestojí nic v cestě americké orbitální pilotované misi, jež se 20. února následujícího roku zhmotní v Glennův let Friendship 7. To už je však samostatná kapitola, o které si povíme za dva týdny, jelikož příští týden nás čeká životní příběh samotného Johna Glenna.

 

V příštím díle:  John Glenn

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Projekt Mercury, nepilotované mise a lety šimpanzů
[2] Historie projektu Mercury
[3] Raketa Atlas LV-3B
[4] Raketa Redstone
[5]KUŽEL, Stanislav. Kosmonauti nula. V Praze: Radioservis, 2017. ISBN 978-80-87530-36-8.
[6]SPARROW, Giles. Vesmírné výpravy: od prvních krůčků po práh mezihvězdného prostoru. Druhé, aktualizované vydání. Přeložil Štěpán JINDRA. V Praze: Knižní klub, 2019. Universum (Knižní klub). ISBN 978-8