50 let kosmonautiky - nosné rakety

Ve čtvrtek 4. října 2007 jsme si připoměli přesně 50 let od vypuštění první umělé družice světa Sputniku. Hvězdárna Vsetín připravila velké množství akcí v rámci oslav tohoto významného jubilea kosmonautiky. Jednou z iniciativ bylo uspořádání výstavy 50 let kosmonautiky v Galerii Gratis vsetínského zámku. Pro ty z vás, kteří jste neměli možnost tuto výstavu navštívit přinášíme obrázky a internetový přepis panelů. Jako druhý uveřejňujeme panel nazvaný Nosné rakety a další bude následovat 18. října.

Obr. 1: Nosná raketa Sojuz se na železničním přepravníku přesunuje k vypouštěcí rampě na kosmodromu Bajkonur. Tato raketa je zatím posledním modernizačním typem rakety R-7, která vynesla i první družici světa. [1]

Obr. 2: Nejmohutnější raketa na světě – americký Saturn V. Na snímku je jeho start s kosmickou lodí Apollo 10, která provedla „generálku“ před prvním přistáním člověka na Měsíci. [1]

Obr. 3: Sovětská nosná raketa N-1 určená pro pilotovaný let a přistání člověka na Měsíci. Celý program bohužel skončil nezdarem, protože raketa při všech čtyřech zkušebních startech explodovala. Jednou z příčin byla i nereálná snaha sovětských konstruktérů o současné řízení 30 raketových motorů prvního stupně. [1]

Obr. 4: Americký raketoplán Space Shuttle je jedním z nejdokonalejších strojů, jaké kdy člověk sestrojil. Do vesmíru je schopen dopravit až 22 tun nákladu a v dnešní době se používá k dostavbě Mezinárodní kosmické stanice ISS. [1]

Obr. 5: Kosmoplán Buran byl sovětskou reakcí na americký projekt raketoplánu Space Shuttle. Přestože byl v době svého vzniku dokonalejší než jeho americký kolega, dočkal se pouze jednoho startu v bezpilotním režimu v roce 1988. Poté byl celý projekt zrušen. [1]

Obr. 6: Letoun L-1011 Stargazer je v letové hladině 12 000 metrů připraven vypustit raketu Pegasus, která je umístěna v podvěsu pod trupem. Cena za jeden start této rakety se pohybuje kolem 10 miliónů dolarů. [1]

Obr. 7: Čínská nosná raketa CZ-2F sloužící mimo jiné k vynášení pilotovaných lodí Shenzhou. Doposud se uskutečnily dva starty této rakety s lidskou posádkou na palubě. [1]

Obr. 8: Raketa Ariane 5, kterou používá Evropská kosmická agentura nejen pro vypouštění vědeckých družic a sond, ale i ke komerčním účelům – zejména startům telekomunikačních satelitů. [1]

Obr. 9: V současné době nejsilnější ruská nosná raketa Proton se řadí k nejspolehlivějším a zároveň nejlevnějším nosným prostředkům. V minulosti se používala například k vynášení stanic Saljut nebo modulů stanice Mir. [1]

Už při prvních úvahách o letech do vesmíru bylo jasné, že pro tyto cesty bude potřeba překonat přitažlivost Země. Do dnešní doby známe pouze jediný prostředek, který to dokáže – je jím kosmická raketa. Hnací silou každého takového prostředku je raketový motor, který může spolehlivě pracovat jak v zemské atmosféře, tak i ve vakuu kosmického prostoru. Je to dáno tím, že obě složky pohonných látek, tj. okysličovadlo a palivo si veze v nádržích s sebou.

První kosmickou raketou se stala sovětská R-7 přezdívaná jako Semjorka, která 4. října 1957 vynesla první družici světa. V následujících letech došlo pod vedením Sergeje P. Koroljova k rozvoji a vylepšení této rakety a bylo tak umožněno posílat do vesmíru těžší zařízení. Tato nová verze rakety R-7 dostala název Vostok a vynášela i pilotované kosmické lodě stejnojmenného programu, včetně kabiny s prvním kosmonautem světa. Následující vylepšování rakety se nezastavilo ani nyní a Rusko má v současné době k dispozici zatím poslední verzi rakety R-7, která nese označení Sojuz. Všech modifikací slavné Koroljovovy Semjorky odstartovalo více než 1 600 kusů, což tuto rodinu raket řadí mezi nejspolehlivější nosiče světa.

Ve Spojených státech v počátcích kosmonautiky fungovaly dva kosmické nosiče – Juno a Vanguard, které vynášely první družice USA. Rozhodně stojí za pozornost nosnost těchto raket, jenž dosahovala pouze 50 kg na nízkou oběžnou dráhu. Naproti tomu sovětská raketa R-7 byla schopna vynést těleso o hmotnosti až 1 500 kg. To představovalo obrovskou výhodu pro Sovětský svaz, který mohl hned od začátku vynášet mnohonásobně těžší objekty než jeho americký soupeř. Později se do kosmického programu Spojených států zapojily i další rakety, jako například Redstone, využívaný pro program Mercury, dále potom Titan pro vynášení kabin Gemini nebo nosná raketa Delta, která po mnoha vylepšeních pracuje dodnes.

Nové projekty vyhlášené v 60. letech si vyžádaly vývoj velmi silných raketových nosičů. Ve Spojených státech amerických to byl Saturn V, nejsilnější raketa jakou kdy člověk sestrojil, který sloužil k pilotovanému měsíčnímu programu Apollo. Jednalo se opravdu o monumentální nosič s výškou přes 110 metrů a hmotností přesahující 2 800 tun! Celkem se do vesmíru podíval 13-krát, z čehož při svém posledním letu v květnu 1973 vynesl první americkou orbitální stanici Skylab. Sovětský svaz dlouho oficiálně nepřiznával svůj vlastní měsíční program a první ověřené informace začaly pronikat na veřejnost až na přelomu 80. a 90. let. Stejně jako Američané museli Sověti vyvinout silnou nosnou raketu, která by byla schopna dopravit kosmickou loď až k Měsíci. Tato raketa nesla označení N-1 a byla stejně monumentální jako její americký protějšek, bohužel však při všech pokusech o start selhala a sovětská snaha o vyslání člověka na Měsíc byla odsouzena k nezdaru.

Sovětský svaz se rozhodl prosadit se v jiné oblasti a tou bylo vypouštění kosmických stanic Saljut a později i modulové stanice Mir. Pro tento účel bylo potřeba rakety s nosností kolem 20 tun na oběžnou dráhu kolem Země. Vznikla proto nosná raketa Proton, která se využívala pro vynášení těžkých nákladů jako jsou již zmiňované kosmické stanice, vojenské družice nebo meziplanetární sondy. Opět se tato raketa po mnoha vylepšeních používá dodnes a je s cenou 5 000 dolarů za kilogram vyneseného nákladu jednou z nejlevnějších kosmických raket.

Za velkou louží se mezitím schylovalo k velkému převratu ve stavbě nosných raket – vznikl raketoplán Space Shuttle. Ten se svojí koncepcí diametrálně lišil od všech dosavadních raket využívaných v kosmickém programu. Základem je ohromná nádrž na kapalný kyslík a kapalný vodík, na kterou jsou přivěšeny dva motory na tuhé pohonné látky. Tyto motory, označované jako SRB, jsou vůbec nejsilnější raketové motory, jaké kdy spatřily světlo světa. Poslední částí celého komplexu je kosmický letoun (tzv. orbiter) s motory SSME na kapalné pohonné látky, ve kterém je kabina posádky a nákladový prostor pro přepravu užitečného zatížení. Z celé startovací sestavy jsou motory SRB a samozřejmě i vlastní orbiter vícenásobně použitelné a po kontrole a nezbytné opravě se znovu používají pro kosmický let. Celý projekt označovaný jako Space Transporting System měl ambiciózní start. Počítalo se s více než sty starty ročně a cena za jeden let měla dosáhnout 10 milionů dolarů. Při misích raketoplánů se měly provádět experimenty ve stavu beztíže, vypouštět komerční, vojenské a vědecké družice, při speciálních armádních misích i provádět inspekce „nepřátelských“ družic na oběžné dráze kolem Země. Realita však byla a je úplně jiná. Počet startů raketoplánu dosahuje v průměru pěti misí ročně a cena za jeden let se pohybuje mezi 600 – 850 milióny dolarů. První start se uskutečnil v dubnu 1981 – jednalo se o raketoplán Columbia. Americká flotila raketoplánů dále čítala orbitery Challenger, Discovery, Atlantis a Endeavour. V současné době ji ale tvoří pouze tři stroje – Challenger byl zničen při startu v lednu 1986, Columbia při přistání v únoru 2003.

Sovětský svaz musel samozřejmě zareagovat na nový kosmický prostředek USA a začal stavět vlastní raketoplán a k němu adekvátní nosnou raketu. Vznikl tak komplex Eněrgija/Buran, který tvořila univerzální nosná raketa Eněrgija a kosmoplán Buran, jenž byl v době svého vzniku modernější než jeho americký protějšek. Bohužel se Buran narodil do špatné doby rozpadu SSSR a jeho další využívání bylo zastaveno. Dočkal se tak pouze jednoho bezpilotního letu v listopadu 1988.

Vlastní nosné prostředky nemají pouze USA a Rusko, ale i další státy s kosmickým programem. Za zmínku stojí evropská raketa Ariane, kterou postavila Evropská kosmická agentura za přispění mnoha evropských států. Z japonských raket můžeme zmínit kosmickou raketu H-2A, v Číně potom rakety řady CZ. Valná většina těchto nosných prostředků slouží ke komerčním letům s telekomunikačními nebo meteorologickými družicemi.

Zajímavou kapitolou jsou tzv. konvertované rakety. Jde o klasické vojenské balistické rakety, které jsou vyřazovány z výzbroje. Starty probíhají stejně jako u vojenských verzí z podzemních sil, ponorek nebo speciálních automobilových přepravníků s tím rozdílem, že úkolem není vyslat jaderné hlavice na pozemní cíle, ale vynést do vesmíru družici. Výhodou takovýchto raket je jejich nízká cena a relativně velký počet vyřazených balistických střel nutných k likvidaci nebo právě konverzi.

Poslední zajímavou kategorií jsou kosmické rakety vypouštěné z letounu. Jediným zástupcem je prozatím americká raketa Pegasus, který startuje z podvěsu letounu Stargazer.

Jak již bylo zmíněno na začátku, nezná lidstvo zatím žádný jiný reálný prostředek pro cesty do vesmíru, než jsou právě kosmické rakety. Jejich používání tedy bude pořád rozšířené a s novými programy na dobývání Měsíce a Marsu se můžeme těšit na nové obry blížící se mohutností legendárnímu Saturnu V.