Výročí 30 let od první kosmické mise raketoplánu

Projekt Space Shuttle se totiž od samého počátku potýkal se značnou řadou problémů a provázelo ho velké množství odkladů a posouvání harmonogramu. Úplně původně měl být raketoplán jen jedou z částí velkolepé vize, která zahrnovala nejen zcela nový transportní kosmický systém obsahující i bezpilotní kosmický tahač, ale také orbitální stanice, základnu na Měsíci a uvažovalo se dokonce o letu člověka na Mars. Nakonec však byly všechny projekty z finančních důvodů smeteny ze stolu a jediné, co zbylo, byl samotný raketoplán. I ten se stal obětí různých škrtů a kompromisů a jeho finální realizovaná podoba se poměrně dost odlišuje od původních záměrů.

První plán počítal s tím, že po zkušebních letech v atmosféře, které měly proběhnout roku 1976, se první start na oběžnou dráhu Země uskuteční v březnu 1978 a do operačního provozu bude raketoplán nasazen na přelomu let 1979 a 1980. Jak je jasné už z prvních vět tohoto článku, tyto termíny se nepodařilo dodržet. Z velké míry se na tom podepsaly neustálé snahy o redukci financí. Ty přinutily NASA nejen použít různé rezervní fondy, ale také zcela zrušit některé plánované investice. Mimo jiné kvůli tomu padlo rozhodnutí, že se nebude stavět třetí raketoplán, ale místo toho se přestaví na plnohodnotný stroj první prototyp, původně určený jen pro lety v atmosféře. I tak již v roce 1973 bylo jasné, že za současného stavu není možné harmonogram dodržet a tak se termín první kosmické mise posunul nejprve na konec roku 1978 a později na březen 1979.

Zpočátku se dařilo přes všechny překážky alespoň rámcově dodržovat plán a nedocházelo k velkému skluzu. V březnu 1976 byl dokončen první prototyp s označením OV-101, který byl 17. září téhož roku slavnostně pokřtěn jménem Enterprise podle kosmické lodi ze seriálu Star Trek. V následujícím roce pak letoun uskutečnil několik zkoušek v rámci programu ALT (Approach and Landing Tests - test přiblížení a přistání), během kterých se ukázalo, že je schopen létat v atmosféře a přistávat podobně jako bezmotorový kluzák. Zhruba ve stejné době se NASA podařilo získat finance na postavení čtvrtého raketoplánu. Byla však zavržena přestavba Enterprise a místo ní se upravilo jiné testovací zařízení, určené původně jen pro statické zkoušky konstrukce. Jeho původní označení bylo STA-099 (Structural Test Article) a vznikl z něho raketoplán OV-099 Challenger. Díky tomu se podařilo ušetřit asi 100 miliónů dolarů.

Nečekaně se však objevily komplikace, které způsobily hlavní motory raketoplánu (Space Shuttle Main Engine - SSME). Při jejich testech došlo k několika haváriím a vznikla značná škoda. Byly poškozeny jak samotné motory, tak i zkušební stav, na kterém se testovaly. Kvůli opravám a nutnosti dalších finančních výdajů začal program nabírat výrazné zpoždění. Narůstala kritika celého projektu a ozývaly se dokonce hlasy, volající po jeho úplném zrušení. To se naštěstí nestalo, ale snaha, aby se program co nejméně zpožďoval, vedla k některým nepříliš vhodným krokům. Jedním z nich bylo rozhodnutí přesunout stroj OV-102 Columbia, což byl první exemplář raketoplánu, připravovaný pro kosmický let, z montážního závodu do Kennedyho vesmírného střediska (KSC). Columbia v té době nebyla ještě dokončena, ale přesto ji 24. března 1979 dopravil letadlový nosič (SCA) do KSC a veškeré další úpravy se musely provádět přímo zde. Vedení NASA si od toho slibovalo urychlení, protože zároveň s dokončovacími pracemi by se rovnou zahájily předstartovní přípravy. V dubnu byl do KSC převezen i prototyp Enterprise, aby bylo možné testovat startovací rampu v době, kdy pokračovaly dokončovací práce na Columbii.

Jednou z věcí, kterou bylo zapotřebí na Columbii dodělat, byl její tepelný štít. Ten je tvořen izolačními deskami o průměrné velikosti 15 x 25 cm a v době, kdy byl raketoplán dopraven do KSC, jich zbývalo přilepit ještě asi 7 800. Pro tuto náročnou činnost samozřejmě v KSC nebyly tak dobré podmínky jako v montážním závodě a často ji dělali nekvalifikovaní pracovníci, mezi kterými byli i brigádníci z řad vysokoškolských studentů. Při pozdější kontrole se zjistilo, že část desek byla přilepena špatně a bylo nutné je odstranit a přilepit znovu. To si vyžádalo značné množství času a tak se opět musel posunout datum prvního startu. Nejprve se udával 30. červen 1980, ale v lednu 1980 jej generální ředitel posunul až na 31. března 1981.

První součást raketoplánu, která byla připravena ke startu, byly pomocné startovací motory na tuhé pohonné hmoty. Ty byly označeny za schopné letu již 17. září 1979, ale přesto se ještě provedly tři další zkušební zážehy. Hlavní motory se dočkaly některých úprav a probíhaly jejich další testy, nyní již bez závažných komplikací. Tepelný štít čekala další kontrola, protože během léta 1980 se zjistilo, že požadavky na dynamickou pevnost pláště jsou vyšší, než původní předpoklady. Nezbylo nic jiného, než izolační desky důkladně zkontrolovat a to včetně již jednou předělaných, nevyhovující odstranit a provést opravu. Celkově si kontroly a opravy tepelné ochrany vyžádaly celý rok.

Ve vystrojovací hale (Orbiter Processing Facility - OPF) strávila Columbia celkem 610 dní, než byla 24. listopadu 1980 přemístěna do montážní haly (Vehicle Assembly Building - VAB). Zde byla připojena k vnější nádrží (ET) a pomocným startovacím raketám (SRB). Na startovací komplex LC39A se vydala 29. prosince a tato cesta, dlouhá 5 535 metrů, jí včetně přestávky trvala 10,5 hodiny. Zkušební plnění vnější nádrže kapalným vodíkem začalo 22. ledna 1981, kapalný kyslík se začal napouštět o dva dny později. Jedna z nejdůležitějších zkoušek před samotným startem proběhla 20. února 1981, kdy byly na 20 sekund zapáleny motory SSME a prověřovala se jejich činnost. Anglicky se tento test nazývá Flight Readiness Firing, zkráceně FRF. Poté byla provedena kontrola celé sestavy raketoplánu, zda nedošlo k nějakému poškození.

Předstartovní přípravy 19. března poznamenala tragédie. Skupinka techniků firmy Rockwell se vydala na kontrolu motorů SSME poté, co byla ukončena simulace závěrečných předstartovních operací. Technici si zřejmě neuvědomili, že okolí turbočerpadel, spalovacích komor a ventilů je před startem naplněno čistým dusíkem, ignorovali varovné označení žlutými praporky a dostali se až do prostor s nedýchatelnou atmosférou. Během krátké doby ztratili vědomí a než přišla pomoc, bylo pro tři z nich už pozdě. John Bjornstad zemřel přímo na místě, Forrest Cole a Nick Mullon podlehli následkům později. Shodou okolností k jinému tragickému neštěstí na startovacím komplexu došlo v nedávné době, téměř přesně o 30 let později. Pracovník NASA James D. Vanover se 14. března 2011 zřítil ze startovací rampy, na které se v současnosti připravuje raketoplán Endeavour k misi STS-134. Bude se jednat o poslední let tohoto letounu a zároveň předposlední start raketoplánu do vesmíru vůbec.

Ale zpátky do března roku 1981. Další přípravy už proběhly bez závad a úspěšně se dokončovaly i poslední menší úpravy. Například 1. a 2. dubna na rampě pracovali pyrotechnici, kteří připojovali k raketoplánu nálože, sloužící k pozdějšímu odhození pomocných raket a vnější nádrže. Také se ještě opravovaly drobnější nedostatky na některých místech tepelné izolace. Odpočítávání startu se tak mohlo rozběhnout 5. dubna ve 23:30 místního východoamerického času (EST). Do kabiny se posadili astronauti Shriver a Onizuka, aby prověřili veškerou elektronickou výbavu lodi a také spojení se sledovací stanicí MILA. Ti však neměli se strojem vzlétnout, ale jen vyzkoušet jeho systémy. Pro prestižní, ale zároveň obtížný úkol letět s Columbií na oběžnou dráhu a pak s ní bezpečně přistát byla vybrána jiná dvojice astronautů. Velitelem byl jmenován velmi zkušený John Watts Young, pro kterého to byla již pátá výprava do vesmíru. Před tím se zúčastnil dvou letů programu Gemini (konkrétně Gemini 3 a 10), kroužil kolem Měsíce s Apollem 10 a nakonec se dokonce prošel po jeho povrchu při výpravě Apollo 16. Funkci pilota zastával Robert Laurel Crippen, pro kterého byl tento let první cestou do vesmíru. Měl však značné zkušenosti jako pilot zejména stíhacích letadel a také 15 let astronautického výcviku, takže byl na let také velmi dobře připraven.

Posádka dorazila do KSC 8. dubna a stejný den se od raketoplánu začala odklánět otočná část startovacího komplexu (Rotating Service Structure - RSS), což trvalo přibližně dvě hodiny. Následující den Shriver a Onizuka nastartovali palivové články na palubě raketoplánu, navázali spojení s řídícím střediskem v Houstonu a o něco později začalo plnění vnější nádrže kapalným vodíkem a kyslíkem. Vše bylo připraveno k tomu, aby se první start Columbie do kosmu mohl uskutečnit 10. dubna 1981. Tento den byli astronauti vzbuzeni v brzkých ranních hodinách, nasnídali se, prošli krátkou lékařskou prohlídkou a vydali se na startovací rampu. Před pátou hodinou místního času již seděli na svých místech v kabině a technici mohli uzavřít vstup do raketoplánu. Kromě určitých potíží s jednou baterií vše probíhalo hladce až do 6:20 EST. V tuto chvíli začal sledovat předstartovní procedury pátý počítač, který však ohlásil chybu, že neobdržel očekávaná data. Nepomohl jeho reset a ani rychlá kontrola neodhalila závadu. Z tohoto důvodu nakonec ředitel startu George Page minutu před 10 hodinou EST zrušil celý start. Posádka opustila raketoplán a nedlouho poté přišli technici na to, že celý problém způsobila špatná synchronizace počítačů. Již kolem 17. hodiny se podařilo najít řešení, které tento problém eliminovalo a tak mohl být stanoven nový termín startu na neděli 12. dubna.

Při druhém pokusu o start technika pracovala na jedničku, ale aby to nebylo tak jednoduché, tentokrát start ohrožovalo počasí. Nad Atlantickým oceánem vznikla bouřková mračna, která se pomalu, ale jistě blížila k Floridě. Pokud by se dostala oblačnost do oblasti kosmodromu před startem, musel by být z bezpečnostních důvodů znovu odvolán. Protože jinak vše probíhalo bezproblémově, uvažovalo se dokonce, že se start uspíší o 15 minut, ale nakonec se ponechal původní čas 7:00 EST. Jediná závada, která se před startem objevila, bylo přerušené spojení se sledovací stanicí MILA. To však nebylo nic závažného a odpočítávání mohlo pokračovat. V čase T-11 sekund začala proudit na startovní rampu voda, aby ztlumila akustickou energii odraženou proti raketoplánu. Jen o několik sekund později, v čase T-3,8 s, začaly ve 120milisekundových intervalech startovat hlavní motory SSME a pokyn k zážehu motorů SRB byl vydán v T+2,8 s. Pokud by se někdo pozastavoval nad uvedenými časy, je nutné poznamenat, že první mise raketoplánu měla jiný odpočet než pozdější lety. U nich se za T=0 považoval okamžik spuštění motorů SRB a i časy jednotlivých operací byly rozdílné. Jako čas startu se udává okamžik 7 hodin a 3,983 sekundy, kdy došlo k opuštění startovací rampy a raketoplán se poprvé v historii vydal do vesmíru.

Je nutno dodat, že tento start byl značně rizikový. V historii americké kosmonautiky se zatím nikdy nestalo, že by první let zcela nové kosmické lodi do vesmíru byl pilotovaný. Vždy mu předcházelo několik bezpilotních zkušebních startů. V případě raketoplánu to však nebylo možné, protože ten nedokáže uskutečnit celý let a přistání v automatickém režimu, bez pomoci posádky. S tím souvisí fakt, že hlavní systémy raketoplánu dosud nikdy nepracovaly ve vesmíru. A také nikdy se do kosmu nedostalo okřídlené těleso, jakým je orbitální část raketoplánu. Nyní musela celá sestava raketoplánu během několika minut bezchybně zvládnout let nejprve podzvukovou rychlostí, pak nadzvukovou a nakonec vysoce nadzvukovou. Netřeba zdůrazňovat, že do té doby se žádný okřídlený stroj nepohyboval takovou rychlostí jako raketoplán.

V době T+6 s měla Columbia již rychlost 120 km/h a minula nejvyšší bod startovacího komplexu. Pomocné startovací rakety dohořely ve výšce 50 km, oddělily se od zbytku sestavy a přistály v oceánu asi 330 km od KSC. Hlavní motory pracovaly 8 minut a 34 sekund, pak došlo k jejich vypnutí a zhruba 10 sekund poté se odhodila vnější nádrž. Columbia se v té době pohybovala rychlostí 7,8 km/s. Zážeh manévrovacích motorů OMS (Orbital Maneuvring System) v T+10 minut, 23 sekund, trvající asi minutu a půl, raketoplán navedl na eliptickou dráhu s apogeem 244 km. Druhý manévr s motory OMS proběhl v T+43 minut a díky němu začala Colubia obíhat kolem Země po kruhové dráze o výšce 241 km. Nyní mohla posádka přistoupit k tomu, aby vyzkoušela otvírání a zavírání dveří nákladového prostoru. Tato operace je důležitá proto, že na vnitřní straně dveří se nachází radiátory klimatizačního systému, které odvádí z raketoplánu odpadové teplo. Ukázalo se, že dveře fungují bezchybně, ale při této příležitosti byly objeveny závady na tepelném štítu. Naštěstí to bylo na horní straně raketoplánu, která není při návratu do atmosféry příliš namáhána. Po několika obězích kolem Země posádka provedla další dvě korekce dráhy pomocí motorů OMS a tím dostala raketoplán na kruhovou dráhu ve výšce 280 km. Po provedení dalších potřebných úkonů se astronauti odebrali na odpočinek.

Druhý den bylo zapotřebí provést kontrolu celé řady zařízení. Zjistilo se několik nedostatků, z nichž nejzávažnější byl asi ten, který způsobila klimatizace. Kvůli němu se teplota na palubě pohybovala jen kolem 16°C a Young i Crippen se proto museli teple obléci. Ani toaleta nepracovala tak, jak by měla. Odpoledne ještě posádka nacvičovala oblékání do skafandrů, které se používají při startu a přistání. Než byly všechny úkoly splněny, byl už večer a astronauti se uložili ke spánku.

Poslední den letu už byl ve znamení návratu na zemský povrch. Posádka připravila vše potřebné, prověřila přístroje, oblékla si skafandry a zavřela dveře nákladového prostoru. V čase T+43 hodin a 21 minut byly naposledy zažehnuty manévrovací motory, které snížily dráhu Columbie tak, že začala klesat do atmosféry. Vstoupila do ní ve 12:50 EST nad Tichým oceánem a v tu chvíli měla před sebou ještě 8 140 km, než bude moci přistát. Sérií několika "zatáček" se postupně snižovala rychlost i výška stroje. Hlavní podvozek Columbie se dotkl přistávací dráhy na Edwardsově letecké základně 14. dubna ve 13:20:51 EST a rychlost přistávajícího letounu byla 348 km/h. O dvacet sekund později dosedlo i příďové kolo a než se raketoplán úplně zastavil (ve 13:21:57 EST), ujel ještě 2 734 metrů. Pokud budeme považovat za ukončení mise dotyk hlavního podvozku, trvala první výprava Columbie do vesmíru 2 dny, 6 hodin, 20 minut a 47 sekund. Za tuto dobu vykonala 37 oběhů kolem Země a urazila dráhu 1 729 348 km.

První kosmická mise raketoplánu, označovaná jako STS-1, upozornila na některé problémy, které bylo zapotřebí ještě dořešit. Jedním z nich bylo poškození tepelného štítu, které způsobily pomocné startovací motory během startu. Zjištěná fakta vedla k úpravám systému, který přivádí vodu na rampu těsně před startem a tím byl problém odstraněn. Hlavně se ale ukázalo, že raketoplán je schopen kosmického letu a proto mohl být po dalších testech nasazen do běžného provozu. Tím se otevřela zcela nová éra americké kosmonautiky, která se uzavírá až v současnosti, po dlouhých třiceti letech.

Další zajímavosti o programu Space Shuttle

Vybrané zdroje:

• Raketoplán před startem - problémy zůstávají
• Columbia STS-1
• SPACE 40: 1981-034A - STS 1
• Kosmo.cz: STS-1 Columbia ... 30.výročí
• science.ksc.nasa.gov: STS-1

Převzato: Hvězdárna a planetárium Plzeň