Záchranné systémy, 1. část: Nouzové úniky kosmických lodí z rampy

Nouzové situace, záchranné věžičky a únikové systémy. Co se za těmito slovy skrývá? Proč je vlastně potřeba, aby kosmické lodě byly schopné odnést posádku do bezpečí? Není to jen další výmysl NASA a byrokratů ve Washingtonu? V první části tohoto článku si zkusíme na těchto pár základních otázek odpovědět a podíváme se na historii záchranných systémů obecně a také na konkrétní testy či skutečné případy, kdy došlo kvůli záchraně posádky k úniku kosmické lodi z rampy.

Rizika na rampě

Ještě před tím, než se první lidé podívali do vesmíru, přemýšleli konstruktéři raket a lodí, jak umožnit posádce přežít různé nestandardní situace. Koneckonců, natankovaná raketa je z více než 90 % tvořená pouze palivem a okysličovadlem a váží klidně několik set tun (v případě Saturnu V to bylo až 3000 tun). A při jakémkoliv selhání se může raketa proměnit v ohnivé peklo, jak můžete vidět na příkladu požáru mezikontinentální balistické rakety R-16 v roce 1960, známém jako Nedělinova katastrofa.

Ale nebezpečí nepředstavuje jen požár. Řada kosmických lodí používá jako pohonnou směs asymetrický dimethylhydrazin (UDMH) a oxid dusičitý. Tyto látky mají ještě další nepříjemné vlastnosti – jsou toxické. A v případě jakýchkoliv problémů při startu nebo letu hrozí rozprášení těchto látek do okolí. Například na videu zachycujícím anomálii při startu rakety Proton M z roku 2013 můžete velice dobře vidět onen obří červený mrak. Předchozí video z požáru rakety R-16 s tímto souvisí také, jelikož kdo tehdy neuhořel, tak se otrávil. R-16 používala taktéž UDMH a místo oxidu dusičitého kyselinu dusičnou.

Tato paliva se i dnes používají při pilotovaných startech. Mimo jiné je v minulosti používaly rakety Titan II v programu Gemini a dodnes se spalují v motorech čínských raket CZ-2F. Toto jsou tedy rizika, která je nutno vzít v potaz při konstrukci raket určených pro vynášení lidí. Bylo proto vyvinuto veliké úsilí ve snaze o jejich minimalizaci. Dlužno dodat, že se to týká spíše západních vesmírných agentur. Trosky čínských raket dodnes běžně dopadají do obydlených oblastí.

Záchranná věžička

Až na výjimky (Vostok, Voschod, Gemini a STS) se při pilotovaných kosmických letech používá takzvaná záchranná věžička LES (Launch Escape System). S tímto konceptem přišel v roce 1958 Max Faget, konstruktér lodi Mercury a jeden z vedoucích inženýrů NASA. Jedná se v podstatě o raketu na tuhá paliva, která je ve velmi krátkém čase schopná odnést loď s posádkou do dostatečné vzdálenosti od nosné rakety. V praxi celý proces vypadá tak, že kabina s posádkou je pyrotechnicky oddělena od zbytku rakety a záchranná raketka ji odnese i s posádkou do bezpečí.  Potom se věžička oddělí, loď s posádkou vystřelí padáky a přistane.

V případě Vostoku a Gemini měla být záchrana kosmonautů provedena pomocí katapultovacího sedadla. U Vostoků hrozilo, že nedojde v malé výšce k otevření padáku, proto měl kosmonaut dopadnout do velké ocelové sítě vedle rampy. U Voschodu (šlo o upravenou loď Vostok pro vícečlennou posádku) byla v podstatě záchrana nemožná. Katapultovací sedadlo bylo odmontováno, jinak by se totiž kosmonauti do kabiny nevešli, a ve Voschodu 1 dokonce startovali v teplákách. Prvních několik letů STS mělo rovněž namontovaná katapultovací křesla, ale potom byla odstraněna a záchrana posádky během úvodních několika desítek sekund letu byla spíše zbožným přáním. A jedná se tedy o systém, který má smysl? Byl vůbec někdy použit v praxi?

Záchranný systém v akci

26. září 1983 se chystala na Bajkonuru raketa Sojuz U s dvoučlennou posádkou Genadij Strekalov a Vladimír Titov. Měli na orbitální stanici Saljut 7 vystřídat čtvrtou dlouhodobou expedici ve složení Ljachov-Alexandrov. Raketa začala hořet a plameny přepálily kabeláž, takže již nebylo možné jejich prostřednictvím vyslat pokyn k záchraně kosmonautů, ač se o to kontroloři řídící start snažili. Zbývala tedy poslední možnost – spojit se se dvěma nezávislými kontrolory vzdálenými mnoho kilometrů od rampy (nebyli spolu ani v jedné místnosti). Ti současně stiskli tlačítko pro aktivaci záchranné věžičky rádiem. Celá tato komunikační epizoda trvala 20 sekund. Mezitím už byla celá raketa v plamenech.

Loď Sojuz T-10-1 byla odnesena od hořící rakety a několik sekund poté raketa na rampě explodovala. Posádka byla na 5 sekund vystavena přetížení 14–17 g, ale přežila, a loď poté přistála na padácích přibližně 4 kilometry od rampy, přičemž předtím dosáhla výšky přibližně 1 kilometru. Požár na rampě trval ještě dalších 20 hodin. Oba kosmonauti se poté ještě několikrát do vesmíru podívali při dalších misích a dokonce se svezli i raketoplánem. Jedná se dodnes o jediné použití záchranné věžičky v pilotovaných programech všech států vysílajících lidi do vesmíru.

Test úniku Dragonu z rampy

Pilotované lodě tedy musí mít možnost zachránit posádku z těchto situací.  Dnešní americké lodě Starliner a Crew Dragon nejsou již pro tento účel vybaveny věžičkou, ale mají záchranný systém zabudovaný přimo v lodi spalující oxid dusičitý a monomethylhydrazin. CST-100 Starliner společnosti Boeing je vybaven motorem RS-88 od firmy Rocketdyne, zatímco Dragon vyvinutý SpaceX disponuje osmi motory SuperDraco.

Motory SuperDraco měly původně mít dvojí využití. Primárně budou využívány jako únikový systém, který v případě nehody na rampě či během letu odnese loď s posádkou do bezpečí. Druhým využitím pak měla být možnost pomocí těchto motorů přistát na pevnině s přesností helikoptéry. Výkon motoru je dobře regulovatelný až na hodnotu 20 % maximálního tahu, což by pro přistání bylo velmi užitečné. Crew Dragon však nakonec bude přistávat klasicky pomocí padáků na mořské hladině a motory SuperDraco budou sloužit jen pro účely záchranného systému.

Aby SpaceX splnilo jednu z podmínek, kterou vytyčila NASA v rámci programu Commercial Crew, potřebovalo provést test záchranného systému Dragonu simulující situaci, kdy dojde k problému na rampě. Proto tedy 6. května 2015 byla na rampě SLC-40 postavena loď Dragon a došlo k testu záchrany z rampy. Nejednalo se však o plnohodnotný Crew Dragon, ale spíše jakýsi hybrid mezi klasickým nákladním Dragonem a Crew Dragonem pro posádku.

Motory SuperDraco dosáhnou plného výkonu pouhých 100 milisekund po zažehnutí a tak už za 1,2 sekundy měl Dragon rychlost 160 km/h, přičemž maximální dosažená rychlost při tomto testu se vyšplhala na 555 km/h. Po necelých dvou minutách Dragon přistál v oceánu na padácích. Jeden z motorů měl při testu špatný poměr paliva a dával nižší výkon, ale i přes tento drobný problém byl test úspěšný. Zde stojí za to zmínit upravené video, kde je do záznamu vybuchujícho Falconu na rampě při nehodě Amosu-6 přidáno video z tohoto testu záchranného systému. A je na něm vidět, že i v tomto případě by systém lodi Crew Dragon dokázal astronauty zachránit. To potvrdili také Elon Musk a Hans Koenigsmann ze SpaceX.

Tolik ke kritickým situacím, které nastávají na startovní rampě. V příštích částech tohoto článku se podíváme na situace, kdy dochází k záchraně lodi během letu rakety. Kromě již proběhlých testů a skutečných nouzových úniků lodí během ostrých misí se podíváme také na plánované zkoušky lodí Crew Dragon a Orion.