Budou nás vozit ke hvězdám soukromníci?

Letošní první letní den vstoupil do historie kosmonautiky. Z kalifornské pouště vzlétlo soukromé raketové letadlo SpaceShipOne, které poprvé prolomilo hranice vesmíru. Významný krok k tomu, aby kosmické lety přestaly být výsadou velkých státních agentur a vesmír se stal dostupný běžným pozemšťanům.

Počátky kosmonautiky přinesly splnění mnoha snů lidstva jako celku. Předchozí generace zažila v minulém století hvězdné okamžiky, když startovaly první družice, první kosmonauti a když první lidé stanuli na Měsíci. Vyslanci nás, obyčejných lidí, jejichž prostřednictvím jsme nahlédli do vesmíru. Sledovali jsme reportáže z míst, kam my, ostatní, nemůžeme. Avšak současné generaci jde o to vidět to všechno na vlastní oči, zažít ono úžasné dobrodružství, na vlastní kůži pocítit doteky vesmíru.

Je na čase vydat se do vesmíru. Když to průkopníci zvládli již před několika desetiletími, proč bychom to nezvládli my!

 Gagarin je pozval do vesmíru

Na oběžné dráze pobývalo až dosud 433 pozemšťanů. Jak se stát jedním z nich? Být profesionálním kosmonautem může jen malý okruh specialistů – pilotů nebo vědců. Prvními „civilisty“ na palubě raketoplánů byli v polovině 80. let  američtí politici (jeden kongresman a jeden senátor), ale cestujícím s placenou letenkou se stal až roku 1990 japonský novinář Toyohiro Akiyama, jehož výcvik a osmidenní let na stanici Mir přišel televizní společnost TBS na 12 milionů dolarů. Velké peníze pro jednotlivce, ale únosné pro mnohé firmy. Jenže takové lety mají spíše propagační charakter. Cestování „pro zážitek“, skutečná kosmická turistika je něco jiného.

Jejími průkopníky se stali Američan Dennis Tito a po něm Jihoafričan Mark Shuttleworth. Cestovní agentura Space Adventures jim zprostředkovala let v ruské kosmické lodi Sojuz, která je vyvezla na Mezinárodní kosmickou stanici. Pobyt na oběžné dráze ovšem není pro každého. Nemáme na mysli jen pověstných 20 milionů dolarů. Zájemci o takovou cestu musí absolvovat nejméně půlroční tvrdý trénink ve Hvězdném městečku a bez odmlouvání se podrobit profesionálním požadavkům. Rozhodně nejsou v pozici toho „kdo si platí a kolem kterého všichni skáčou“. Nejde jen o fyzickou zdatnost, kosmický turista se také musí naučit kvanta technických informací a zvládnout ruštinu, aby rozuměl ruskému řídícímu centru.

Zkušenosti ukazují, že nynější technika může zajistit bezpečný kosmický let téměř každému zdravému jedinci a zvládl to i 77 letý John Glenn, ale režijní cena letenky raketoplánem (pokud by byl zcela v pořádku) by přesáhla 20 milionů dolarů a NASA s nimi neobchoduje. Nehledě na problémy s provozem raketoplánů po havárii Columbie lze obecně konstatovat, že techniku máme, ale dosud je příliš drahá…

 Lze začít skromněji?

Určitě ano. Už i jen „hra na kosmonauta“ je atraktivní. Za týdenní kosmický kemp pro děti jsou rodiče ochotni zaplatit až tisíc dolarů  (podobnou příležitost  nabízí NASA  zdarma středoškolákům – vítězům národních konkursů). Casey Aerospace Corp., které šéfuje bývalý kosmonaut Gibson nabízí v Disneylandu  týdenní „kosmonautický“ výcvik s několika minutami v beztíži v letadle, ovšem vždycky nejvýše po půl minutě.

Na adrenalinové letecké sporty se specializuje stále víc agentur. Za 2000 dolarů si lze v Lauderdale na Floridě nebo v Las Vegas zapilotovat „báječné akrobatické letadlo L-39“. Mnohem levněji to přijde na sousedním Slovensku…

O něco víc stojí návštěva sibiřské vojenské základny a svezení v legendárním ruském letounu Mig-25. Je zřejmé, že mezi svezením se tryskovým letadlem a pobytem na oběžné dráze kolem Země je kvalitativní i cenová propast. A právě o tuto „mezeru“ je nyní největší zájem. Výlet do výšek, v nichž létají kosmonauti, ale jednodušší a tedy mnohem levnější technikou. Za méně peněz samozřejmě méně muziky: jen krátký skok na okraj vesmíru, kterému odborníci říkají suborbitální let. Rozdíl je v nižší rychlosti, která zdaleka nedovoluje překonat zemskou přitažlivost a setrvat na oběžné dráze.

 Lákavá prémie 280 milionů korun

Právě na tuto oblast je zaměřena mimořádná podpora – cena nadace X-Prize ve výši 10 milionů dolarů, vypsaná roku 1996. Letos v květnu byla přejmenována na Ansari X-Prize, poté co ji plně sponzorují bratranci Ansariové, američtí podnikatelé iránského původu. Inspirací byla cena za první přelet Atlantiku – Ch. Lindbergh tehdy dostal 25 tisíc.

Kdo chce prémii získat, musí splnit tato kritéria: Ze soukromých prostředků (bez jakékoliv státní dotace) zaplatit, postavit a vypustit stroj, který bude schopen pojmout kromě pilota dva pasažéry (stačí i jen pytle s pískem), vynést je do výšky nad 100 km, bezpečně se vrátit zpátky na Zem a zopakovat to během následujících dvou týdnů znovu. Zařízení musí být mnohonásobně použitelné a jen nejvýše 10% hmotnosti konstrukce lze při údržbě zaměnit

 Raketou ve stopách profesionálů…

Připomeňme si, že podobnými lety kdysi začínala i profesionální kosmonautika. Roku 1961 podnikli suborbitální skoky A. Shepard a po něm W. Grissom – Američanům tehdy chyběla potřebná raketa pro let v družici, ale k letu po balistické dráze jim stačila starší jednostupňová raketa Redstone, konstrukčně odvozená z německé V–2 (ostatně, konstruktéři byli stejní). Dosáhla sice kosmické výšky 187 km, ale rychlost podstatně (asi čtyřikrát) menší, než je zapotřebí k obíhání kolem Země. Let trval čtvrt hodiny a v beztížném stavu byl pilot nepřetržitě 5 minut.

Je s podivem, že žádný koncern, vyrábějící kosmické rakety se nepokusil podobnou techniku, jakou vyzkoušeli první američtí kosmonauti, komerčně nabídnout. Od malých výrobců je asi nejzajímavější projekt Canadian Arrow. Jeho protagonisté nezastírají, že se nechali plně inspirovat V-2. Ovšem konstrukce je moderní a téměř celá mnohonásobně využitelná. Raketa má startovní délku 16 metrů a její 4,5 m dlouhá hlavice s padáky pro přistávání na vodě bude vybavena pro tři osoby. Je poháněna motorem na kapalný kyslík a alkohol s jen o málo vyšším tahem, než měl německý vzor; motorová část se rovněž vrací na padáku. Pro letošní podzim jsou naplánovány bezpilotní letové zkoušky a pokud budou úspěšné, mohla by v příštím roce začít vozit pasažéry…

Podobné plány má rovněž britská skupina Starchaser, pracující na 30 metrů dlouhé raketě Thunderstar, poháněné dvojicí motorů Churchill Mk-3 na kapalný kyslík a kerosin o tahu 0,33 MN. Má dosáhnout rychlosti čtyřikrát větší než rychlost zvuku a vynést kabinu pro tři osoby do výšky 150 km. Ovšem i při hladkém vývoji ne dřív, než za dva až tři roky.

Technická revoluce – nebo hračka?

Originální dopravní prostředek se rozhodl vyvinout legendární konstruktér Elbert L. (Burt) Rutan. Je to vrchol jeho dlouholeté kariéry, během níž navrhl 38 různých typů experimentálních pilotovaných letadel – žádné nemělo havárii nebo významnější závadu. Před 22 lety založil Scaled Composites a posledních deset let se zaměřuje na vývoj nadzvukových ultralehkých letounů pro dosažení velkých výšek, od dubna 1996 na systém pro dopravu na hranice vesmíru. Po třech letech koncepčních rozvah byly zahájeny přípravné konstrukční práce, avšak na plno začal vývoj až v dubnu 2001. Ve vši tajnosti a zřejmě poté, co do programu nalil finanční prostředky Paul G. Allen, kdysi spoluzakladatel Microsoft Corporation. Výše vkladu se odhaduje na 20 milionů dolarů. Vývoj stál necelých 25 milionů dolarů. „Za tu cenu by NASA připravila nejvýše papírovou studii“, konstatoval Rutan.

 Bílý rytíř a kosmická loď

První část letu je v režii dvoumotorového proudového letounu White Knight, jehož konstrukce nese typické znaky svého tvůrce. Vznikl dalším vývojem letounu Proteus pro dosažení velkých výšek s vynikajícím poměrem hmotnosti a výkonu. Křehká skořepina má rozpětí 25 metrů, zvětšitelné na 28 metrů a dostup 16 kilometrů.

        Úkolem Bílého rytíře je vynést asi osmimetrový raketoplán Spaceship One o hmotnosti přes třiapůl tuny. I jeho kompozitová skořepinová konstrukce je čistě dílem Burta Rutana. Odděluje se ve výšce necelých 15 km při rychlosti poloviční než je rychlost zvuku a poté pilot zapojí vlastní pohon. Opět originální, dosud v kosmonautice nepoužitá verze – hybridní raketový motor. V jeho spalovací komoře je palivo v pevném skupenství a okysličovadlo ve stavu kapalném. Na společném vývoji se Rutan dohodl roku 1999 se SpaceDev, která má s hybridními motory největší zkušenosti díky řadě technologií a patentů, získaných od společnosti AMROC (American Rocket Company). Pouhý rok po podepsání kontraktu byl největší motor svého druhu úspěšně vyzkoušen. Palivem je kaučuk (polybutadien HTPB s polymerními řetězci, zakončenými OH skupinou) a okysličovadlem snadno dostupný N2O, známý jako “rajský plyn”, dodávaný pod tlakem.

       V případě náhodného styku s palivem nereaguje a tak nedojde k nepředvídanému zážehu motoru, což přispívá k bezpečnosti provozu. Okysličovadlo N2O se rozkládá až při teplotě 296°C, takže motor se zažehuje nejprve zahřátím povrchu paliva a pak vstřikem okysličovadla; produkty hoření jsou ekologické. 

 Za božským zážitkem

Kosmický letoun vyráží téměř kolmo vzhůru v úhlu asi 85 stupňů. Motor pracuje asi 80 sekund, dosahuje tahu přes 76 kN. Udělí letounu rychlost vyšší než trojnásobek rychlosti zvuku (přes 4000 km/h) a na posádku při tom působí asi trojnásobné přetížení. Ve výšce 80 km palivo dohořívá a v následujících 3 a půl minutách nastává beztížný stav. Ve velkých výškách se ke stabilizaci raketoplánu používá dvou plynových manévrovacích trysek na předních vnějších okrajích nosných ploch.

        SpaceshipOne může dosáhnout výšky 110–120 km a poté začíná volný pád klesáním „na břicho“. Pilot při tom mění nastavení křídla natočením o 90 stupňů, aby se zvýšila stabilita lodi a snížilo její tepelné namáhání. Ve výšce 25 km se křídlo vrací do původní polohy, z raketoplánu se stává kluzák a během 17 minut spirálovitě doplachtí nad letiště a rychlosti necelých 140 km/h přistává na ranvej, z níž před půldruhou hodinou vzlétl. Celý let se odehrává ve čtverci o straně asi 64 kilometrů.

        Dokonale klimatizovaná kabina o vnitřním průměru půldruhého metru je opatřena řadou kruhových oken pro dokonalý výhled a vybavena třemi sedadly: vpředu sedí pilot, za ním vedle sebe budou pasažéři…

        Na vrcholu dráhy zažívají vše, co kosmonauti – avšak jen krátce. Ve beztížném stavu se jim naskýtá pohled černý vesmír a modrou linii zřetelně zaoblené Země. „Byl to téměř božský zážitek,“ poznamenal po návratu z experimentálního letu pilot Mike Melvill, který je současně viceprezidentem společnosti.

 První z mnoha

White Knight vzlétl poprvé 1. srpna 2002 a historický „kosmický let“ byl už jeho 60. startem. Unikátní pár nosič – raketoplán zahájil první testy 20. května 2003, 7. srpna se raketoplán poprvé oddělil a bez motoru přistál z výšky 14,3 km a 17. prosince 2003 – v den 100. výročí prvního letu Kitty Hawk bratří Wrightů – pilot Binnie poprvé zažehnul raketový motor, který během 15 sekund udělil lodi nadzvukovou rychlost a vynesl ji do výšky téměř 21 km. Let byl celkově úspěšný, i když při přistávání došlo k poruše podvozku. Po úspěšné generálce letos v květnu byl oznámeno, že 21. června, při 15. zkoušce lodi dojde k pokusu dosáhnout hranice kosmického prostoru.

„Je to etapa, která může zahájit novou epochu vesmírných letů,“ prohlásil před startem Rutan, jehož „Voyager“ pilotovaný jeho bratrem Dickem Rutanem v roce 1986 obletěl celý svět bez jediného přistání nebo dočerpání pohonných hmot.

        Historický let sice dopadl dobře, avšak s řadou technických problémů. Pilot Melvill musel ovládat letoun, kterému selhaly řídící klapky, nedosáhl plánované výšky a vychýlil se o 35 kilometrů od původní dráhy. „Kdyby se to stalo dříve, nikdy bych to nedokázal,“ přiznal Melvill. „Skutečnost, že náš záložní systém fungoval a podařilo se nám nádherné přistání, to mi dělá radost,“ dodal Rutan optimisticky. Avšak konstatoval upřímně, že šlo o dosud nejvýznamnější problém celého vývoje. „Nepřichází v úvahu, že by SpaceShipOne vzlétl dřív, než se podaří příčiny chyb odstranit“.

        Teprve potom Scaled Composites ohlásí oficiální pokus o získání Ansari X-prize, což podle propozic soutěže musí být 60 dní před uskutečněním prvního letu. „Věřím, že je to první ze stovek soukromých kosmických lodí a první z tisíců soukromých letů,“ prohlásil o SpaceshipOne prezident nadace Peter Diamandis.

 Rutan versus Rutan…

Burt Rutan je sice získání stěžejní trofeje na dosah, avšak v kapse ji ještě zdaleka nemá. A není ani jediným, na koho se spoléhá Space Adventures. Ta již dokonce před dvěma roky uzavřela předběžnou smlouvu s jinou firmou – XCOR Aerospace, jejímž spoluzakladatelem (v září 1999) a zkušebním pilotem je Dick Rutan, bratr šéfkonstruktéra SpaceshipOne! Snad právě proto nesoutěží o X-prize, avšak obchodní konkurencí zůstává. Sídlí nedaleko od Scaled Composites v kalifornské Mojavské poušti a 21. července 2001 vyzkoušela první soukromý letoun s raketovým motorem na kapalné pohonné látky EZ-Rocket.

        Jeho vývojem má vzniknout raketoplán XERUS (Veverka), pro jehož lety firma získala letos v dubnu jako druhá americké státní povolení, tři týdny po Scaled Composites. S motorem na kapalný kyslík a letecký petrolej má startovat přímo ze Země, dosáhnout výšky přes 100 km a poté na témž letišti přistát. V současnosti se zřejmě dokončuje raketový motor, avšak skutečný stav vývojových prací zůstává zatím tajemstvím. Je pravděpodobné, že nejpozději v příštím roce o programu uslyšíme…

    

…nebo Rusové?

Dalším želízkem v ohni, kterému zřejmě Space Adventures podle nedávného prohlášení jejího šéfa věří nejvíce, je Kosmopolis ruské firmy Suborbital Corporation, pro jehož zkoušky dokonce již společně začali hledat vhodné místo v Austrálii. Vše se uchovává ve velké tajnosti, avšak ředitel Sergej Kostěnko je přesvědčen, že stihne získat i cenu Ansari. Schema letu je velmi podobné, jako u Burta Rutana, avšak konstrukce vypadá méně křehká. Letoun Mjasičev M-55 vynese během půl až třičtvrtě hodiny třímístný raketoplán do výšky asi 17 km, odkud bude pokračovat vlastním pohonem do výšky nad 100 km…. 

        Cena za „výlet do kosmu“ začíná nyní na částce 98 tisíc dolarů a Space Adventure má již více než 100 zájemců, kteří složili zálohu ve výši 10 tisíc.  Během několika roků by však s rozšířením počtu strojů mohla cena letenky klesnout zhruba na 10 tisíc, neboť soukromé společnosti dokážou zřejmě vývoj i provoz uskutečnit levněji než vládní agentury. „Noví podnikatelé v oblasti soukromých vesmírných letů mají vizi – chceme, aby se naše děti mohly podívat na jiné planety,“ řekl Rutan.

 

První soukromý kosmický let 21.06.2004

13:32 UT Na letišti v Mojavské poušti je časně ráno; je nutno pospíchat, než se zvedne obvyklý vítr. Před zraky několika desítek tisíc diváků, mezi nimiž nechybí stovky novinářů, velitel základny Edwards AFB, kongresman Dana Rohrabacher, druhý muž na Měsíci Buzz Aldrin a jeden z předních členů von Braunova týmu K. Dannenberg začíná let 60L/15P popojížděním z hangáru na letištní plochu (ranvej RW30/12).

13:47 Letadlo White Knight, které pilotuje Brian Binnie vzlétá z Mojavského letiště.

14:10 Letoun krouží nad letištěm a zvolna nabírá výšku vzhůru do blankytné oblohy.

14:40 Letoun už je ve výšce asi 10 km.

14.50 Spaceship One, který pilotuje Mike Melvill se ve výšce 14,3 km odděluje od nosiče a po několika sekundách zažehuje svůj raketový motor. Přetížení narůstá až na 3G. Později se dovídáme, že selhalo řízení trimu, takže nelze ovládat křídlo, což způsobilo problémy se stabilizací a snížilo maximální rychlost (tedy i dosažitelnou výšku).

14:51 Motor se po 76 s sekundách vypíná ve výšce 80 km při rychlosti asi M=2,9, poté se pilot dostává na 3 min do stavu beztíže. Po 20 s raketoplán dosahuje setrvačností výšky 124 km (o 10 km méně, než se plánovalo) a pak začíná sestupovat k Zemi do výšky 18 km; pilotovi se zdařilo přejít na záložní systém řízení a nalétnout na přistání.

15:14 SpaceshipOne přistává v Mojavské poušti (ranvej RW30). Všichni hýří superlativy…

Kdo je kosmonautem?

Za kosmonauta (nebo astronauta) se obecně považuje účastník letu do kosmického prostoru na palubě umělého (lidmi vyrobeného) kosmického tělesa, který vykonal nejméně jeden oběh kolem Země, příp. setrval min. 90 minut v kosmickém prostoru. Kde začíná vesmír ovšem není podle mezinárodního kosmického práva jednoznačně definováno. Aby se těleso stalo umělou družicí, je zapotřebí udělit mu počáteční rychlost 28400 km/h. Nemá-li při takové rychlosti shořet během oběhu třením o atmosféru, musí se pohybovat ve výšce nejméně kolem 140 km.

Prvním kosmonautem byl J. A. Gagarin – i když přísně vzato nesplnil do puntíku všechny podmínky, protože část oběhu strávil sestupem a před přistáním se katapultoval, takže nepřistál v zařízení, v němž startoval.

          Podle FAI (Mezinárodní letecké federace) je astronautem každý, kdo překročil hranici 100 km. Podle amerického letectva USAF se za hranici kosmického prostoru označuje výška 50 mil (80 km) – tedy oblast, kde končí mezosféra, vnější vrstva atmosféry. Čas, strávený za hranicemi atmosféry nerozhoduje.

Autor: Ing. Marcel Grün