VANGUARD
Rakety 1
Snímky a originály kreseb NASA
Inž.Milan Ledvina
Křídla vlasti č.14/1964 str.465-466
Prohlášením
tehdejšího presidenta USA D.Eisenhowera (předneseným jeho tiskovým tajemníkem
J.C.Haggertym 29.července 1955) o úmyslu Spojených států vyslat v rámci Mezinárodního
geofyzikálního roku 1957-1958 umělou družici Země na oběžnou dráhu se rozběhl
program, který měl zajistit Spojeným státům prvenství v novém, do experimentální
fáze vcházejícím oboru lidské činnosti - v kosmonautice.
Všichni, kdož položili základy nynějšího rozvoje raketové techniky, a tím tedy
i kosmonautiky, uvažovali již na počátku našeho století (K. E. Ciolkovskij)
nebo v jeho prvních desetiletích (R. H. Goddard, H. Oberth, E. Sänger a jiní)
o budoucnosti kosmonautiky. Viděli ji shodně ve výškových raketách, v dálkových
raketách pro dopravu osob i nákladů - z nichž se postupně vyvinou družicové
lodi s člověkem na palubě - a v automatických měsíčních sondách i v oběžných
stanicích s větší posádkou. V těchto úvahách se však nikde neobjevuje umělá
družice bez posádky. Je to celkem pochopitelné; v té době neexistovala telemetrie,
bez níž by neměla umělá družice praktický význam. Telemetrii, spojení družice
se Zemí pro oboustranné předávání informací a povelů, bylo nutno nejprve vyvinout!
To samozřejmě ovlivnilo i vývoj nosných raket pro družice, zájem odborníků -
a na-konec též širší veřejnosti - o umělé družice bez posádky, které v letech
po II. světové válce "stály" poněkud v pozadí. Z toho hlediska je
potřeba posuzovat rozhodnutí představitelů USA o práci na projektu Vanguard,
rozhodnutí, po němž následovalo podobné - polooficiální - prohlášení ze strany
sovětské.
Rozhodnutí o vyslání umělé družice Země na oběžnou dráhu musí
být samozřejmě podloženo i technicky - vhodnou nosnou raketou. A v tomto úseku
šly obě kosmonautické velmoci, Sovětský svaz a Spojeně státy, v prvém období
rozdílnou cestou. Nejlogičtější a technicky nejjednodušší možností bylo využit
pro tento účel vojenských raket - buď raket se středním doletem nebo raket mezikontinentálních.
To zřejmě byla cesta sovětská: předtím než byl vypuštěn první Sputnik proběhly
úspěšné zkoušky mezikontinentální rakety (srpen 1957). V USA však volili jinou
cestu: vývoj výhradně civilní rakety, úplně oddělený od utajených vojenských
projektů (údajně proto, aby bylo možno lépe využít pokroku v jednotlivých oborech
výzkumu a výroby). "Konkurenci" mezi jednotlivými složkami armády
USA (a tím i mezi firmami) a kompetenčními spory se však problém zkomplikoval
natolik, že vývojem nosné rakety Vanguard bylo nakonec pověřeno námořnictvo,
přesto, že armáda měla již tehdy k dispozici vhodnou raketu, Jupiter C, používanou
ke zkouškám raketových hlavic (návrat do zemské atmosféry). Jak bylo později
dokázáno, stačilo přidat k raketě Jupiter C relativně jednoduchý čtvrtý stupeň,
aby vznikla vhodná nosná raketa. Nakonec však prosadilo svou koncepci námořnictvo
a ihned zahájilo práce na raketě, kterou nazvalo symbolicky Vanguard (Předvoj).
V rámci projektu se plánovala výroba celkem 15 raket, z nichž první dvě, které
byly odlišné od pozdějších raket Vanguard, sloužily pouze k dílčím zkouškám
(v roce 1956 a počátkem roku 1957). Šlo o rakety Viking (označené TV-0 a TV-1),
jejichž "předkem" byla německá raketa V-2. Teprve další rakety je
možno označit jako nosné rakety Vanguard, i když šlo ještě o vývojové typy (TV-2
až TV-5).
První raketa konečného typu nesla označení SLV-1 a byla vypuštěna v květnu 1958,
tedy značně dlouho po původně odhadovaném termínu. Vývoj byl ukončen teprve
v únoru 1959, kdy bylo možno umístit na oběžnou dráhu družici o plánované váze
zhruba 10 kg.
8.12.56 TV-0 úspěšná zkouška modifikované rakety Viking
1.5.57 TV-1 úspěšná zkouška modifikované rakety Viking
23.10.57 TV-2 zkouška l. stupně Vanguard (II. a lIl. stupeň bez pohonu)
6.12.57 TV-3 neúspěch při pokusu o vyslání umělé družice
5.2.58 TV-3BU neúspěch při pokusu o vyslání umělé družice
17.3.58 TV-4 na oběžnou dráhu vyslána družice s užitečným zatížením 0,45
kg
28.4.58 TV-5 neúspěch pro selhání lIl. stupně
27.5.58 SLV-1 neúspěch pro selháni II. stupně
26.6.58 SLV-2 neúspěch pro selhání II. stupně
26.9.58 SLV-3 nedostatečná funkce II. stupně
17.2.59 SLV-4 úspěšné vyslání družice s užitečným zatížením 5,4 kg
13.4.59 SLV-5 neúspěch pro selhání II. stupně (pokus o současné vyslání dvou
družic)
22.6.59 SLV-6 neúspěch pro selhání II. stupně
18.9.59 SLV-7 úspěšné vyslání družice s užitečným zatížením 22,7 kg
Nosná raketa
Koncepce
nosné rakety Vanguard byla na svou dobu velmi pokroková, což ovšem na druhé
straně znamenalo poměrně vysoké procento závad a problémů. Z 11 pokusů o vyslání
umělé družice byly jen tři úspěšné, což znamená více než 70 % neúspěšných startů!
Raketa Vanguard neměla žádné stabilizační plochy. K řízení a stabilizaci I.
a II. stupně se využilo motorů těchto stupňů (trysky zavěšeny v kardanovém závěsu).
Naváděcí systém inerciálního typu byl umístěn ve II. stupni. III. stupeň se
stabilizoval rotací (asi 150 otáček za vteřinu), vyvolanou malými raketovými
motory (o tahu pouhých 22,7 kp) těsně před jeho oddělením od vyhořelého II.
stupně.
Konstruktéři rakety Vanguard dosáhli dobrého hmotového poměru - tehdy ještě
neznámého - totiž přibližně 0,72 (jde o poměr váhy konstrukce rakety k váze
rakety při startu, tj. s pohonnými hmotami), hlavně proto, že převážně použili
hliníkových a hořčíkových slitin.
Motor I. stupně zabezpečoval zrychlení asi 6 g; celkově dodával asi 15 % rychlosti
nezbytné k uvedení umělé družice na oběžnou dráhu. II. stupeň dodával přibližně
32%, III. stupeň okolo 50%. Zbytek, asi 3 %, se získával částečným využitím
zemské rotace.
Ke kontrole polohy II. stupně - k zabránění nežádoucí rotace kolem osy - se
použilo tangenciálně umístěných řídicích raketových motorů, využívajících zbytků
stlačeného hélia (určeného k přetlačování KPH). Oddělení II. stupně od III.
stupně s družicí zajišťovaly bočně umístěné brzdicí rakety (o tahu 22,7 kp),
které zpomalily pohyb II. stupně. Podobně tomu bylo u III. stupně. K oddělení
vyhořelého stupně stačí malý rozdíl v rychlosti obou částí (kolem 1 m/s).
Dráha letu
Rakety startovaly kolmo k zemskému povrchu, ve výši 3 km se pootočily
na úhel dráhy přibližně 45° a pohybovaly se jihovýchodním směrem (startovaly
vždy z tehdejšího Cap Canaveralu). Přibližně po 145 vteřinách se odpojoval (ve
výšce 58 km) I. stupeň. Současně se uváděl v činnost motor II. stupně a docházelo
ke změně úhlu dráhy na 23,5°. Pohonné hmoty motoru II. stupně dohořely ve výšce
asi 225 km (po 115 vteřinách). V tomto bodě dráhy začínal let setrvačností.
Vyhořelý II. stupeň s III. stupněm a družicí dosáhl za 285 vteřin výšky 480
km (při prakticky nulovém úhlu dráhy - vzhledem k povrchu Země) a rychlost poklesla
přibližně na 3800 m/s. V této výšce se oddělil III. stupeň od II. stupně, byl
uveden do otáčivého pohybu a za 35 vteřin dosáhl rychlosti nezbytné k uvedení
umělé družice Země na oběžnou dráhu. Tím okamžikem splnil pohonný systém své
poslání a III. stupeň se oddělil od družice.
Družice
Dráha umělé družice byla vypočítána tak, aby dosahovala perigea ve výšce 320
km, apogea ve výšce 2200 km. Tato eliptická dráha byla zvolena proto, že umožňovala
průzkum vysokých vrstev atmosféry i prostoru kolem Země v co nejširším pásu.
Skutečná dráha družice (někdy nazývané - vzhledem k rozměrům - grapefruitovou
družicí), úspěšně vypuštěné 17.3.1958, měla perigeum 656 km a apogeum 3950 km.
Družice Vanguard I, o váze necelých
1,5 kg, měla tvar koule (o průměru 16,25 cm), aby ze změn rychlosti pohybu bylo
možno usuzovat na hustotu prostředí. Jejím úkolem bylo měření teploty, zjištění
hustoty prostředí a zkouška tzv. slunečních článků, které napájely (kromě normálních
článků) vysílač.
První těžší družici, Vanguard
II, se podařilo vyslat na oběžnou dráhu až 17. 2. 1959. Tato družice (koule
o průměru 50,8 cm a váze 9,7 kg) byla mj. vybavena také infračervenými fotočlánky
pro průzkum oblačnosti.
Třetí a poslední umělou družici vynesla raketa Vanguard na oběžnou dráhu (s
apogeem 3748 km a perigeem 513 km) 18. 9. 1959. Družice Vanguard
III, o váze 45 kg, měla mj. získat údaje o zemském magnetickém poli a také
o radiačních pásech kolem Země.
Závěr
První americký projekt umělé družice, který nakonec nebyl ani
jako první realizován (viz nosná raketa Juno I v příštím čísle), nebyl tedy
příliš úspěšný. Přesto však přinesl mnoho poznatků, jichž se využilo při konstrukci
dalších raket - zejména raket Scout, Thor-Able a Thor-Delta - a tak se, podle
názoru oficiálních amerických míst, i přes vysoké náklady "vyplatil".
Jistě stojí za zmínku, že realizace celého projektu Vanguard si vyžádala více
než 120 miliónů dolarů (cena jedné rakety asi 3,5 miliónu dolarů). V současné
době se pohybuje cena podstatně mohutnější rakety Atlas kolem "pouhých"
1,5 miliónu dolarů.
VANGUARD (USA)
Vývoj:
1955 - 1959
Použití: 1957 - 1959
Hmota rakety při startu: 10250 kg
Celková délka: 22 m
Maximální průměr trupu (těla): 1,15 m
Štíhlost: 1:19
Užitečně zatížení (umělá družice Země na oběžné dráze ve výšce 500 km): 10 kg
(později až 25 kg)
Poměr váhy rakety při startu k váze užitečného zatížení: 1 : 1025
Počet stupňů: 3
Zadavatel vývoje: US Navy (námořnictvo USA)
I. stupeň:
řešitelé: Glenn L. Martin Co.
General
Electric (motor)
váha: 8050 kg
pohonné hmoty: typ KPH - kapalný kyslík, petrolej (kerosin), váha 7150 kg
tah motoru X 405 (při povrchu): 12 700 kp
délka: 12,2 m
maximální průměr: 1,15 m
rychlost na konci hoření (cca.): 1875 m/s
doba funkce: 145 s
konec hoření ve výšce (cca.): 58 km
konstrukce: motor - regenerativní chlazení, doprava KPH čerpadly, tryska v kardanovém
závěsu, nádrže z hliníkových slitin; kostra s podélníky z hliníkové slitiny,
potah z hořčíkových slitin (kovové části bodově svařeny)
II. stupeň:
řešitelé: Glenn L. Martin Co.
Aerojet
General Corp. (motor)
váha: 1970 kg
pohonné hmoty: typ KPH - kyselina dusičná, asymetrický dimetylhydrazin, váha
1600 kg
tah motoru AJ 10 - 37 (ve vakuu): 3450 kp
délka: 8,45 m
maximální průměr: 0,81 m
rychlost na konci hoření (cca.): 4150 m/s
doba funkce: 115 s
konec hoření ve výšce (cca.): 225 km
konstrukce: motor - regenerativní chlazeni, doprava KPH stlačeným plynem (použito
helium), nádrže z nerez, plechů; ostatní konstruováno podobně jako u I. stupně
navádění: inerciální systém pro 3 úseky letu: s funkcí motoru I. stupně, s funkcí
motoru II. stupně, pro let setrvačnosti po skončení funkce II. stupně
III. stupeň:
řešitelé: Glenn L. Martin Co.
Aerojet
General Corp.
Grand
Central Rocket Comp. nebo Alleghany Ballistic Laboratory (motor)
váha: 215 kg
pohonné hmoty: typ TPH, váha 180 kg
tah motoru X 248 (ve vakuu): 1400 kp
délka: 1,75 m
maximální průměr: 0,46 m
rychlost na konci hoření (cca.): 7600 m/s
doba funkce: 35 s
konec hoření ve výšce (cca.): 480 km
Poznámka: Všechny hodnoty mají pouze informativní charakter. Údaje z různých
pramenů, se liší v dosti širokých mezích; pro přehled byly zvoleny hodnoty,
které jsou nejpravděpodobnější a objevuji se nejčastěji.
Schéma
dráhy letu nosné rakety Vanguard: 1 - konec kolmého vzestupu, 2 - odpojení I.st.,
3/4 - let setrvačností, 4 - odpojení II.st., 5 - odpojení III.st. od družice
--------------------------------------------
Přepis článku: M.Filip
28.1.2008
Aktualizováno: 30.01.2008
[ Obsah | Články
| O prvních amerických družicích Země | Program
Explorer | Program
Vanguard ]
Pokud není uvedeno jinak, jsou použité fotografie z NASA (viz. Using NASA Imagery) a dalších volně přístupných zdrojů.
(originál je na https://mek.kosmo.cz/novinky/clanky/explorer/kv6414.htm)
