| Kosmonautika@kosmo.cz |
|
DOŽENE SATURN NÁSKOK? Popis startu rakety Saturn IA-5 a vyvíjených těžkých nosných raket Saturn v programu Apollo Pro časopis Křídla vlasti zpracoval: Inž. Vladimír Němec (KV č. 6 / 1964) Snímky: archiv, ČTK
Celková váha této dvoustupňové rakety byla 562 tuny, její délka asi 50 m. První stupeň nosné rakety vynesl na oběžnou dráhu kolem Země těleso o váze 17,1 tuny: “vyhořelý" druhý stupeň rakety, schránku s registračními vysílacími přístroji a hlavici, která obsahovala 9,5 tuny mokrého písku. Cílem pokusu bylo vyzkoušet maximální tah motorů obou stupňů rakety SATURN. To je stručný výtah četných komentářů denního tisku. Čtenáři je na první pohled patrné, že USA vyvíjejí značné úsilí, aby dohnaly náskok Sovětského svazu v konstrukci velkých raket, schopných dopravit na oběžnou dráhu kolem Země veliké a těžké náklady. 9,5 tuny užitečného zatížení, které SATURN vynesl do prostoru, je jistě úspěchem amerických vědců a techniků. Raketa měla nový, zdokonalený motor na kapalné pohonné hmoty - kerosen spalovaný s kapalným kyslíkem. Realizace takového motoru je nebezpečná a delikátní záležitost; velmi důležité je správné seřízení - a mnoho amerických techniků je placeno hlavně za to, že dokonale zná vrtochy takového motoru. Pro zajímavost uveďme dílčí váhové údaje sedmnáctitunového
umělého kosmického tělesa:
Program APOLLO (jehož konečným cílem je dopravit na povrch Měsíce dva kosmonauty a zabezpečit přitom jejich bezpečný návrat na Zemi) je velmi náročný, nejenom pokud jde o technickou stránku věci, ale i pokud jde o náklady. V období od r. 1961 do r. 1970 vyžadovala NASA k jeho financování úvěry ve výši 20 miliard dolarů - z toho např. na rok 1964 5,72 miliardy dolarů; americký kongres povolil pouze 5,1 miliardy dolarů. Je jasné, že projektanti byli nuceni svůj program poněkud revidovat, aby ušetřili 620 miliónů dolarů, což bude mít největší vliv na zpomalení vývoje raketové “rodiny" SATURN (která je největším “spotřebitelem" nákladů z rozpočtovaného programu). Přidržme se tedy v dalším pouze otázek týkajících se raket SATURN - přestože problémy kolem měsíční expedice APOLLO jsou neméně zajímavé a odrážejí se v nich výrazně vztahy americké finanční a technické hierarchie.
Výzkumné středisko v Huntsville zaměstnává asi 7 000 lidí, kteří však obsáhnou pouze asi 10 % úkolů spojených s vývojem raket SATURN; 90% těchto úkolů zadává středisko různým průmyslovým podnikům po celých Spojených státech. V roce 1963 mělo toto středisko domácí rozpočet (tj. vydání spojená s provozem střediska) 1,5 miliardy dolarů. Středisko má vlastní dílny, zkušebny a rozsáhlé laboratoře pro výzkum řídicích systémů raket, takže může pečlivě kontrolovat výrobky mnoha set subdodavatelů. První vyvinutou raketou třídy SATURN byl dvoustupňový SATURN I, jehož vývoj začal v roce 1958. První letové zkoušky, zahájené koncem roku 1963, pokračovaly v lednu 1964. Celkem bylo plánováno deset zkušebních startů. Při prvních čtyřech startech tvořily druhý stupeň a hlavice pouze zátěž a také motory byly nahrazeny pouze zátěží. Při dalších šesti startech se budou zkoušet také pohonné jednotky druhého stupně rakety (první z těchto šesti startů byl uskutečněn již 29. ledna 1964). Do r. 1965 má být raketa dokonale vyzkoušena a má vynést na oběžnou dráhu kolem Země dvě části kabiny typu APOLLO (v jedné části mají být řídicí orgány, v druhé pohonné jednotky a dílčí zásoba pohonných hmot), aby bylo možno prověřit spolehlivost funkce celého systému v kosmických podmínkách. První stupeň rakety SATURN I je opatřen osmi raketovými motory Rocketdyne H-1, které spalují kerosen s kapalným kyslíkem. Každý z těchto motorů je schopen vyvinout tah 85 000 kg. Celkový tah všech osmi motorů je tedy 680 tun. Motory typu H-1 jsou v podstatě dalším vývojovým stupněm pohonných jednotek, kterých se již léta používá ve vojenských dálkových raketách typu ATLAS, THOR a JUPITER, a patří dnes - po nákladném desetiletém vývoji - k nejspolehlivějším motorům jimiž USA disponují. Do konce roku 1963 jich bylo postaveno více než 100 kusů. Celková startovní váha obou stupňů rakety SATURN I je asi 550 tun; přebytek startovní síly - 130 tun - umožňuje získat potřebné zrychlení.
K zvýšení dynamické stability bylo na první stupeň připevněno osm velkých kýlových ploch (počínaje pátým pokusem). Raketové motory prvního stupně se zkoušejí na zvláštní rampě v Huntsville. Pod tělesem rakety je umístěn tzv. “vychylovač proudících plynů" (vlastně deflektor), který odvádí a usměrňuje žhavé plyny tryskající z rakety. Aby se neroztavil, je chlazen vodou: na deflektor je nutno vychrlit každou minutu 160 tun vody. Druhý stupeň rakety SATURN I, označený S-4, vyvinula firma Douglas Aircraft Company; vývoj započal v r. 1960. Byly postaveny celkem čtyři pokusné jednotky a objednáno celkem 12 dalších, schopných provozního použití; z úsporných důvodů byla objednávka později snížena z 12 kusů na 6 kompletních stupňů S-4. Druhý stupeň je opatřen šesti raketovými motory Pratt& Whitney XLR-10 A3 na kapalné pohonné hmoty (kapalný kyslík a kapalný vodík); každý z nich váží 132 kg a vyvíjí tah 6800 kg (ve vakuu). Celková doba chodu motoru je asi 470 vteřin. Spalovací komory pracují při tlaku asi 24 at a teplotě asi 3300° C. Stupně S-4 bylo poprvé použito 29. ledna při vypuštění rakety SATURN IA-5. (Pozn.: Pokus byl původně plánován na konec prosince 1963. Při provozních zkouškách nádrží na vodík se však zjistilo, že v ohybech potrubí se usazují uvolněné částečky laků, použitých k izolaci vnitřků nádrží.) Při zkouškách motorů XLR-10 (vyvíjených od r. 1958) se ukázaly četné těžkosti, které způsobily, že druhý stupeň rakety SATURN I byl dodán značně později než bylo původně plánováno. Zvláště “zlobilo" předehřívací zařízení pro systém vodíkových a kyslíkových nádrží. Teprve v červnu 1962 byl motor hotov a vyzkoušen. Další plánovanou verzí rakety SATURN je SATURN IB. Jeho hlavním úkolem bude dopravit na oběžnou dráhu kolem Země úplnou kosmickou loď APOLLO s kabinou kosmonautů a tzv. měsíčním tančíkem. Tento program se urychleně dokončuje - na úkor programu SATURN IA.
Řídicí systém (vyvinutý většinou firmami Bendix a IBM), servomechanismy a přístrojové vybavení - telemetrie, rádio, energetické zdroje apod., jsou u všech raket typu SATURN uloženy v uzavřené (válcové) přístrojové komoře, která se nachází nad druhým stupněm. Z dvanácti plánovaných stanů raket SATURN IB budou čtyři (plánované na r. 1966 a 1967) sloužit k ověření spolehlivosti řídicího systému. Každá ze čtyř raket (s úplnými druhými stupni) vynese na oběžnou dráhu kolem Země jako užitečné zatížení jednotlivé části kosmické lodi APOLLO - bez posádky. Koncem r. 1966 má startovat kompletní SATURN IB s kabinou APOLLO a s posádkou. Tyto pokusy, při nichž budou nádrže jen zčásti naplněny pohonnými hmotami, umožní vycvičit posádky v zacházení se všemi zařízeními kosmické lodi APOLLO za letu v kosmických podmínkách. Dalším velmi důležitým úkolem bude prověřit metodu setkání kabin na oběžné dráze. Původně měly být rakety SATURN I třístupňové - jak je vidět na kresbě v záhlaví článku. Nakonec zůstalo při dvoustupňové raketě, neboť třetího stupně by bylo potřeba teprve tehdy, kdyby měla raketa dosáhnout únikové rychlosti, tj. překonat zemskou přitažlivost. Pro lety menšími rychlostmi (přibližně do M =24) po nižších oběžných drahách se vystačí se dvěma stupni, přičemž druhý stupeň ponese užitečné zatížení kolem 10 tun. Variantu SATURN IB lze pokládat za přechodný typ mezi raketou SATURN IA a konečnou variantou, gigantickou raketou SATURN C5. Třístupňová raketa SATURN C5, určená k dopravě užitečného zatížení o váze 110 tun na oběžnou dráhu kolem Země, nebo 4 tun na Měsíc, je podstatně větší než obě předchozí varianty. Raketa o celkové váze 2700 tun bude asi 130 m vysoká a bude mít průměr 10 m.
Druhá pokusná raketa SATURN C5 ponese již druhý stupeň s pohonnými hmotami a při třetím pokusu budou opatřeny pohonnými jednotkami všechny tři stupně. Zkoušky s kabinou APOLLO začnou až při čtvrtém pokusu. Sedmá raketa SATURN C5 vynese pak první tři astronauty v kabině APOLLO na oběžnou dráhu kolem Země. První stupeň rakety SATURN C5 bude mít pouze pět motorů, ale každý z nich bude vyvíjet stejný tah jako osm motorů rakety SATURN I - 680 tun (celkový tah 3400 tun). Přepočteme-li kinetickou energii výtokových plynů na výkon v koních, dostaneme hodnotu 120 miliónů koňských sil, pohánějících raketu při startu. Motory prvního stupně mají pracovat 120 vteřin. Vnitřní motor je uložen pevně, čtyři vnější motory lze hydraulicky vychylovat, a tak upravovat dráhu letu. Turbočerpadlo jednoho motoru má výkon 60 000 k; pro pět motorů je tedy instalován v prvním stupni čerpadlový výkon 300 000 k. Startovací váha rakety, přibližně 2700 tun, představuje startovací váhu asi 25 plně naložených tryskových velkoletadel Boeing 707. Druhý stupeň má pět motorů Rocketdyne J-2. Třetí stupeň (označovaný S-4B) odpovídá druhému stupni rakety SATURN IB; je opatřen jediným motorem J-2.
Způsob startu rakety SATURN C5 se teprve podrobně analyzuje a není dosud zcela vyjasněn. Neméně složitá je i práce kontrolního střediska, které řídí start rakety, uvádí ji na stanovenou dráhu a sleduje let i přistání kabiny. Poslední článek celé vývojové série těžkých nosných raket, projekt NOVA, vlastně již k raketové “rodině" SATURN nepatří. * * * Američané vyvíjejí ohromné úsilí, aby dohnali Sovětský svaz ve stavbě těžkých raket. I když zdůrazňují, že jejich program vývoje raket typu SATURN má sloužit výhradně mírovým účelům, není sporu o tom, že se o výsledky výzkumu velmi zajímají také vojenské kruhy. Gigantická technická práce na realizaci takových programů v USA a v SSSR otevírá celému lidstvu nové oblasti poznání. Skutečnost, že si Sovětský svaz - který realizuje svůj kosmický program s nesmírnou důkladností - udržuje vedoucí postavení v tomto oboru technického dění, je vizitkou tvůrčích schopností rozvíjených v podmínkách socialismu. Fotografie a nákresy k článku ,,Dožene Saturn náskok?,, : (Snímky: archiv, ČTK)
• 1, 7) přívod kapalného kyslíku Co? Proč? Jak? (odpověď na dotaz čtenáře časopisu Křídla vlasti 1964) • INŽ. K. MANKOVECKÝ, OLOMOUC: NAPIŠTE, KOLIK BYLO VYKONÁNO POKUSŮ S RAKETOU “SATURN" A S JAKÝM VÝSLEDKEM. (Křídla vlasti č. 21/1964) Raketa “Saturn I" byla dosud vypuštěna sedmkrát: “Saturn I" SA-I: 27. října 1961 - let po balistické dráze. Podle plánu pracovaly pouze motory I. stupně S-1 (tato varianta rakety nese označení “Block I"). “Saturn I” SA-2: 25. dubna 1962 - let po vzestupném rameni balistické dráhy, ukončený explosí rakety ve výšce 104 km s rozptýlením vodní přítěže v ionosféře (tzv. pokus Highwater) . “Saturn I" SA-3: 16. listopadu 1962 - obdoba předchozího letu; experiment Highwater proveden ve 166 km nad Atlantikem. “Saturn I" SA-4: 28. března 1963 - balistický let, obdoba prvního pokusného startu. “Saturn I" SA-5: 29 ledna 1964 - Poprvé fungoval i druhý stupeň (S-IV), který dosáhl spolu s dalšími úseky rakety oběžné dráhy kolem Země. Tato umělá družice., označená “1964-05 A", bude obíhat asi 18 měsíců. Užitá raketa byla “Saturn I" Block II. “Saturn I" SA-6: 28. května 1964 - Raketa téže varianty jako v předchozím pokusu vynesla na dráhu kolem Země zjednodušenou maketu kosmické lodi “Apollo", která zůstala spojena s vyhořelým druhým stupněm. Celé těleso zaniklo v hustých vrstvách atmosféry dne 1. června 1964. “Saturn I" SA-7: 18. září 1964 - Šlo o obdobný pokus jako v předchozím případě. Na oběžnou dráhu bylo vyneseno těleso o váze asi 16,6 tuny. Patřila k němu i maketa kosmické lodi “Apollo", která podle plánu zanikla v atmosféře 22. 9. tr. Všechny dosavadní letové zkoušky “Saturna I" byly úspěšné. O bližších informacích se dočtete v připravovaném článku “Saturn létá”, který volně navazuje na stať “Dožene Saturn náskok?” dr. G. Přepis článku: M.Filip, 22.2.2004
Aktualizováno : 28.03.2004 [ Obsah | Rakety a kosmodromy | Saturn ] |