Program Constellation - největší vesmírná výzva pro lidstvo

Čvc 12, 2009

  Logo projektu Constellation
    Logo projektu Constellation, který má vrátit člověka na Měsíc.
 

    Již několikrát jsem se v postřezích zmínil o tom, že se NASA chystá vrátit na Měsíc. Vždy to ale byla jen okrajová zmínka. Dnes ale tenhle rest doženu. Postřeh, který právě čtete je celý o projektu Constellation, tedy o snaze severoamerické agentury NASA vrátit člověka na Měsíc a vytvořit technologie schopné i cesty na Mars.

    V dobách Studené války se vesmírnému průzkumu paradoxně dařilo nejvíc. Léta, kdy svět žil ve strachu z jaderného konfliktu, zažíval průzkum vesmíru zlatá léta. Sovětský svaz se totiž s Amerikou trumfoval v tom, kdo dokáže vystoupit na další pomyslný schůdek v průzkumu vesmíru. Díky tomuto soutěžení padaly vesmírné milníky doslova jako domečky z karet. Připomeňme si jen některé nejvýznamnější milníky.

1957 - SSSR - první umělá družice Sputnik 1
1957 - SSSR - první živá bytost ve vesmíru - pes Lajka
1961 - SSSR - první člověk ve vesmíru - Jurij Gagarin
1969 - USA - první člověk na Měsíc - Niels Armstrong
1973 - USA - první vesmírná stanice - Skylab
1979 - USA - první start raketoplánu - Columbia

    Ačkoliv se to zdá neuvěřitelné tak 22 let od vypuštění prvního umělého objektu do vesmíru už lidstvo dokázalo přistát na povrchu jiné planety a vyvinout stroj, který je schopen několikrát absolvovat cestu do vesmíru. Mnoho předních odborníků na historii průzkumu vesmíru se shoduje, že nebýt soutěživosti mezi hlavními světovými velmocemi, nikdy by lidstvo v tak krátké době nedokázalo vyvinout tolik technologií. Ostatně další roky to jasně potvrdily. Sovětský svat se postupně rozpadl a ani Rusko si už nemohlo dovolit tak astronomické investice do vesmírného programu. A NASA? Jakmile zjistila, že nemá s kým soutěžit tak přirozeně svoje tempo také stáhla. Ne, opravdu tady nechci snižovat význam misí, které od té doby proběhly. Udělalo se toho pro výzkum kosmu opravdu hodně, nicméně ta horečka, která zachvátila miliony lidí na celém světě, ta vlna zájmu o vesmír polevila.  Američané naposled na povrch Měsíce vstoupili roku 1972, vlajková loď ruského programu, kosmická stanice Mir byla roku 2001 spálena v atmosféře. Oba státy se zaměřily spíše na vypouštění vesmírných sond, které je ve srovnání s dobýváním okolních planet nesrovnatelně levnější. Dokonce i největší současný vesmírný projekt - stavba mezinárodní vesmírné stanice je natolik finančně náročný, že jej musí financovat několik států dohromady.

Přečtěte si všechny články o dobývání vesmíru

     Inženýři v NASA si ale včas uvědomili, že jim začíná ujíždět vlak. Masivní rakety Saturn využívané k letům na Měsíc zastaraly a od jejich vyřazení podobně silný nosič k dispozici prostě nebyl. Lidé se navíc postupně přestali o dění v kosmu zajímat, scházel jim cíl, ke kterému by se, tak jako v dobách projektů Mercury, nebo Apollo, upínali. A proto se zrodil nový projekt. Projekt, jehož cílem není nic menšího, než návrat lidí na Měsíc a co víc. S využitím jeho technologií se počítá i s přistáním na Marsu. Největší projekt dalších let dostal do vínku jméno Constallation. Ačkoliv se návrat lidí na Měsíc plánuje až na rok 2020, jsou přípravy v plném proudu. Není se co divit. Většina technologií bude úplně nová. Inženýři vezmou to nejlepší z dosluhujících raketoplánů, řádně to modernizují a doplní to novou technologií. Z tohoto pohledu se tedy nemůžeme divit, že projekt Constellation odstartoval už v roce 2007. NASA ale podrobné informace uvolnila až nyní, kdy už má před ostatními státy, které by ji možná chtěli napodobit, již nedosažitelný náskok. Celý program počítá s využitím několika specifických systémů. Na následujících řádcích si je detailně představíme.

Raketa Ares

Raketa Ares I     Na prvním místě nemůžeme jmenovat nic jiného než nástupce dosluhujících raketoplánů. Raketa Ares, jejíž první ostrý start do vesmíru by měl proběhnout v roce 2015 byla dříve označována jako CLV - Crew Launch Vehicle (stroj pro start posádky). Největší pozornosti se těší podtypy Ares I a Ares V. Model s označením 1 bude určen pro vynášení družic a dalšího nákladu na zemský orbit. Ares V je mnohem mohutnější. Jejím úkolem je vynést do kosmu hmotnější objekty, jako je například nově vyvíjený lunární modul Orion.  Kdo čte mezi řádky, ten si jistě povšimnul nápadné paralely mezi pojmenováním moderních raket Ares I a Ares V se starými raketami Saturn I a Saturn V, které stály za prvním vynášením amerických družic do kosmu, respektive u modelu Saturn V nosily do kosmu moduly Apollo. Římského boha zemědělství v názvu nahradil řecký bůh války. Čísla I a V však zůstala jako připomínka technologií, které to všechno odstartovaly.
Ares I bude bez jednoho metru stometrový kolos těžký asi 900 tun, přičemž na nízkou oběžnou dráhu Země dokáže vynést náklad o váze 25 tun. Při startu dokáže tenhle mazlík vyvinout tah až 15 480 kN. Jeho první stupeň je odvozen z pomocných motorů současných raketoplánů (dva bílé štíhlé válce podél palivové nádrže), oproti nim ale bude výkonnější a bude pracovat po delší dobu. Jako palivo mu poslouží pevné pohonné látky. Po 265 sekundách dojde ke spálení veškerého paliva. Pak bude 50 metrů dlouhý první stupeň už jen neužitečnou přítěží a čeká ho tedy odhození. Na řadu přichází stupeň druhý, jehož pohon obstará směs zkapalněného kyslíku s vodíkem. Tento pohon je modernizovaným pokračováním motoru J-2, který poháněl rakety Saturn V. Jeho výrobní cena je 210 milionů dolarů a dokáže vyvinout tah 1 300 kN, což zajistí ideální rychlost pro pohyb na pomezí Země a vesmíru. První ostrý start rakety je plánován mezi lety 2014 a 2015.
Ares V by měl být ještě vyšší. Počítá se s výškou 116 metrů. Na nízkou oběžnou dráhu vynese najednou až 188 tun nákladu, čímž se vyrovná raketě Saturn V. Navíc dokáže až 75 tunám udělit tzv. únikovou rychlost, která zaručí, že materiál opustí gravitační pole Země. První i druhý stupeň budou spalovat kyslík s vodíkem. Po obou stranách bude mít navíc raketa připojené dva pomocné motory na pevné palivo.

Kosmická loď Orion

Kosmická loď Orion     Díky raketě Ares jsme se již dostali z povrchu Země, můžeme se tedy soustředit na další součást projektu Constellation. Tím je kosmická loď Orion, která bude umístěna na vrcholu rakety Ares. Do 8 metrů dlouhého modulu o průměru 5 metrů se vejdou čtyři kosmonauti, prostor zde ale bude postačovat i pro šest lidí, to je však maximální počet. Celý modul se vlastně skládá ze dvou částí. Tou první je tzv. CM (Crew module - modul pro posádku). Ten konstrukčně vychází z kopule, kde trávili svůj čas astronauti v misích Apollo. Na něj navazuje SM - Service modul - servisní modul. V něm budou umístěny pohonné agregáty, solární panely a nejrůznější zásoby. Spojení s nosnou raketou bude zajišťovat spojovací válec Spacecraft Adapter. Právě na modul Orion bude během startu na jeho špičce  připojen i záchranný systém MLAS, o jehož testování jsem psal v tomto postřehu. NASA už teď plánuje, že modul Orion bude mít několik variant. Modul Blok I bude mít jako hlavní úkol zásobování mezinárodní vesmírné stanice ISS. Oproti tomu moduly s označením Blok II a Blok III budou létat k Měsíci, potažmo k Marsu. Pohon lodi Orion zajistí motory, které budou spalovat dimer oxidu dusičitého (N2O4) a metylhydrazin (MMH). Reakce obou látek je tzv. hypergolická, nepotřebuje tedy žádnou další látku, která reakci zahájí. Není zapotřebí ani žádná jiskra, která obvykle stojí na začátku zážehu. Obě chemikálie spolu začnou okamžitě reagovat. První pilotovaný let lodi Orion (pro začátek jen po oběžné dráze Země) se plánuje na září 2014. Jeden modul Orion by měl vydržet zhruba deset vesmírných misí.

Lunární modul Altair

Výsadkový modul Altair     Právě modul Altair má být klíčovou součástí programu Constellation. Právě on se totiž dotkne povrchu Měsíce a dopraví na něj kosmonauty. Na jeho palubu se vejdou až čtyří lidem kteří se musí vměstnat do kabiny o velikosti cca. 32 m3. Celý modul váží zhruba 46 tun, z čehož celých 35 tun připadá na modul pro posádku, zbytek tvoří přistávací modul. Jeho přistávací nohy budou mít rozpětí skoro 15 metrů, což modulu zajistí dostatečnou stabilitu během riskantního přistání. Altair konstrukčně vychází z modulů Eagle, které zajišťovaly přistání astronautů během programu Apollo. Narozdíl od něj má ale dvojnásobnou kapacitu. Jeho motory, stejně jako u dříve zmiňované lodi Orion spalují dimer oxidu dusičitého (N2O4) a metylhydrazin (MMH). První test, pojmenovaný Altair I je plánovaný na rok 2018, kdy by měla raketa Ares V vynést modul Altair na oběžnou dráhu Země. Poprvé by měl Altair povrchu Měsíce dosáhnout o rok později.

Kosmický tahač EDS

Kosmický tahač     Prozatím nejméně informací je k dispozici o tzv. kosmickém tahači s označením EDS - Earth Departure Stage. Modul by měl být do kosmu vynesen raketou Ares V a má plnit stejnou roli, jako měla v projektu Apollo sekvence S-IVB na raketě Saturn V. EDS je v podstatě notně přepracovanou a samozřejmě i zvětšenou obdobou svého předchůdce, tedy modulu S-IVB. Na EDS budou umístěny dva motory J-2X, které vychází z motoru J-2 používaných na raketách Atlas. Konstrukčně vychází EDS z externí palivové nádrže raketoplánu. Během prvních pěti minut letu může využívat tah pěti motorů na kapalný kyslík a vodík, které se používají při startu současných raketoplánů. Jeho hlavním úkolem bude udělit modulům dostatečnou rychlost pro dosažení Měsíce. Velmi jednoduše si to můžeme představit jako situaci na silnici, kdy se tahač rozjede na maximální rychlost aby vzápětí odpojil návěs, který pak do cíle doklouže vlastní setrvačností.

     Všechny zásadní součásti projektu Constellation jsme si již představili, pro úplnost ještě musím dodat, že změnami bude muset projít i odpalovací plocha na mysu Canaveral, která byla až doposud určena pro starty raketoplánů. Starty raket Ares ale budou potřebovat o něco jinou technologii a proto se modernizace nevyhne ani těmto prostorám.

     Jak vlastně bude taková typická cesta na Měsíc v podání projektu Constellation vypadat? Pojďme se na ni podívat. Na raketě Ares I odstartuje kosmická loď Orion. Na oběžné dráze Země se spojí s lunárním modulem Altair, který tam vynese raketa Ares V. Od nosné rakety Ares I se oddělí kosmický tahač EDS, který udělí spojeným modulům Altiar a Orion dostatečnou rychlost pro dosažení oběžné dráhy Měsíce. Tahač se pak oddělí od obou spojených modulů a sám namíří mimo oběžnou dráhu Měsíce. Altair a Orion zatím spojeně pokračují k cestě na oběžnou dráhu Měsíce. Tam se od sebe oba moduly odpojí a Altair se všemi kosmonauty zahájí řízený sestup k povrchu Měsíce. Modul Orion zatím bude létat po orbitě řízený autopilotem. Po přistání dokáže Altair zůstat na povrchu až sedm dní. Když bude zapotřebí se vrátit, astronauti nastoupí do horní části Altairu, který se pomocí raketových motorů oddělí od přistávací části a vynese posádku na oběžnou dráhu, kde se spojí s Orionem. Když se astronauti přemístí do Orionu, bude teď již zbytečný modul Altair odhozen k povrch Měsíce. Orion pak zamíří směrem k Zemi, a sestoupí do její atmosféry aby následně na padácích přistál do oceánu.

     Takhle alespoň průběh mise naplánovala NASA. Můžeme jen spekulovat, zda bude let do vesmíru probíhat právě takhle, nebo jestli inženýři v NASA nakonec postup trochu obmění. Velké změny ale očekávat nemůžeme. Do návratu lidí na Měsíc sice v současné době zbývá 11 let a současná ekonomická recese se pravděpodobně podepíše i na projektu Constellation, přesto ale už teď probíhají testy všech systémů. NASA má stanovený harmonogram od kterého by se nerada odchýlila. Osobně tedy příliš nevěřím tomu, že by se v letech 2006/07 naplánovaný program příliš odlišoval od toho, čeho , snad, za pár let, budeme osobně svědky. Nová éra dobývání vesmíru startuje. Držte si klobouky a těšte se na nové objevy!

     Jaké jsou Vaše názory na projekt Constellation? Jak se díváte na rakety Ares, kosmickou Loď Orion, lunární modul Atair, nebo kosmický tahač EDS? Myslíte, že se jednou dočkáme jejich startu? A jak to vidíte s návratem lidí na Měsíc, jehož je Ares součástí? Napište nám o svých názorech! Pro své názory a dotazy využijte tento diskusní panel. A pokud vás vesmír opravdu zajímá, rozhodně navštivte i nové diskusní fórum vesmir.thos.cz, které je určeno speciálně pro debaty o průzkumu vesmíru. Je jedno jestli jste amatér, který se ve vesmíru teprve rozkoukává, nebo zkušený znalec, rádi mezi sebou přivítáme všechny zájemce.

Použité fotografie pochází z webu wikipedia
Konkrétně:
Wikipedia - Program Constellation
Wikipedia - Ares I
Wikipedia - Altair (lunární modul)