14. Kozmická Strojovňa – rakety 90. rokov – prvá časť

Deväťdesiate roky nám priniesli množstvo prelomových udalostí, vďaka ktorým sa zmenilo smerovanie kozmonautiky v Sovietskom Zväze, neskôr Rusku a aj vo zvyšku sveta. V prvom rade musím spomenúť projekt Buran-Eněrgija, ktorý bol kvôli nedostatku financií zrušený. Najdrahší kozmický program v dejinách sovietskej (ruskej) kozmonautiky sa stopol tesne pred cieľom, keď už bolo všetko otestované a minimálne raketa dokonca aj zalietaná!

Za všetko samozrejme mohla revolúcia a rozpad ZSSR na viac štátov. Hlavný ruský kozmodróm pripadol Kazachstanu, niektoré továrne zasa Ukrajine. Smutný vek pre kozmonautiku a raketový priemysel sa však veľmi pozitívne prejavil vo svete. Zatiaľ čo záujem ruských politikov o vesmír bol takmer nulový a financoval sa hlavne projekt stanice Mir do ktorého boli prizvaní aj Američania, napätie zo Studenej vojny konečne po takmer polstoročí opadlo a začala sa spolupráca. Spod nadvlády ZSSR sa oslobodilo aj Československo, ktoré bolo od roku 1968 okupované vojskami Varšavskej zmluvy. Pád svetovej veľmoci spôsobil v kozmonautike poriadny chaos a Rusi začali hľadať lacnejšiu cestu do vesmíru. Ľudí ku hviezdam vynášal starý Sojuz-U, na veľké náklady sa naďalej používal Proton, ktorý mal byť zmodernizovaný a pre malé družice sa začali vyvíjať nové rakety. Práve o nich si dnes povieme. Prekvapivo ich nebolo málo, avšak všetky vychádzajú zo starých technológií a preto sa žiadna z nových ruských rakiet nikdy neuchytila (ak teda nepočítame Sojuz-FG a hlavne Sojuz-2, to ale neboli nové rakety. Koncepcia zostala rovnaká a stále to bola a je tá stará dobrá Semjorka).

Prvá nová ruská raketa niesla príhodné meno START. Postavená bola na základe medzikontinentálnej balistickej strely RT-2PM. Nosič svoje meno odvodil od dohody medzi USA a ZSSR (Strategic Arms Reduction Treaty) o obmedzení počtu nukleárnych hlavíc na 6 000 kusov a 1 600 bombardérov.

Raketa Start a jej balistická predchodkyňa.

Raketa Start a jej balistická predchodkyňa.
Zdroj: http://mek.kosmo.cz/

Modifikáciu bojových rakiet na plnohodnotný nosič uskutočnil Moskovský inštitút termálnej technológie, ktorý tiež vyvinul balistickú strelu Topol.

Prvý štart sa konal 25. Marca 1993 z kozmodrómu Plesetsk a prvého komerčného letu sa raketa dočkala tekmer presne o štyri roky neskôr štvrtého marca 1997, tentokrát však išlo o odpálenie z kozmodrómu Svobodnyj. Najznámejší štart prišiel až v roku 2006, keď sa do vesmíru dostal satelit Israeli EROS-B. Kontroverzný však nebol kvôli nejakej poruche, ale kvôli tomu, že vzťahy medzi Iránom a Izraelom boli veľmi vyostrené a Izraelská vláda mohla svojou družicou robiť špionáž nad iránskym územím.

Všetky štyri (či päť) stupne rakety spaľujú tuhé pohonné látky. Prvé dva stupne boli prevzaté z medzikontinentálnej balistickej strely a ďalšie dva (či tri) sa umiestnili na vrch celého stroja. Takto mohla raketa vyvážať družice s hmotnosťou až 450 kg pri vzletovej hmotnosti 60 ton. Nosič má momentálne aktívny status, ale už sa nepoužíva, pretože Rusko má k dispozícii novšie, modernejšie, výkonnejšie a lacnejšie rakety. Zo šiestich štartov raketa START ani raz nehavarovala a vždy svoju úlohu splnila do poslednej bodky. A nie je sa čomu čudovať, veď vojenské balistické strely museli byť spoľahlivé, ak mali niesť atómové bomby.

Veľmi zaujímavým ruským projektom, ktorý sa nakoniec dotiahol do konca bola raketa Sthil (Štil). Tá ako prvá štartovala z plávajúceho telesa (kozmodróm San Marco sa nepočíta, pretože ten neplával, ale stál na dne). Nosič Sthil sa odpaľoval z paluby jadrovej ponorky, ktorá kotvila v Barentsovom mori. Celkovo prebehli iba dva štarty, aj to však bol obdivuhodný výkon.

Predchodcom rakety Sthil bola balistická strela R-29RM. Skladala sa z dvoch stupňov na kvapalné pohonné látky.

Raketa Sthil lúžila hlavne ako technologický demonštrátor a tiež vyniesla dve nemecké a jednu africkú družicu. Rusi tento kozmický nosič získali vymenením nukleárnej hlavice za satelit. Vývoj bol však trochu náročnejší. Musela sa implementovať nová avionika, elektrické systémy, tiež sa pridal tretí stupeň, ktorý náklad urýchľoval na prvú kozmickú rýchlosť.

Celkovo zatiaľ táto raketa štartovala iba dva krát. 7. júla 1998 sa jej podarilo na nízku obežnú dráhu vyniesť dva malé satelity. Nemecké Tub-Sat-N a Tub-Sat-N1 odštartovali s ponorky Delta IV K-407 „Novomoskovsk“. Tento náklad bol skutočne miniatúrny. Družice totiž vážili 8 a 3 kilogramy. Stali sa však prvými telesami vypustenými do vesmíru z ponorky.

Druhý štart sa uskutočnil o osem rokov neskôr. 26. mája 2006 sa štartovalo z ponorky Delta IV K-84 „Ekaterinburg“ a na nízku obežnú dráhu (LEO) vo výške 500 km sa dostal satelit Kompass 2. Eventuálne by Shtil mohla vynášať aj ťažšie náklady, avšak ďalšie štarty zatiaľ neprebehli. Je však možné, že sa raz dočkáme aj vylepšených verzií, ktoré budú schopné doručiť na LEO 450 kg vážiaci balík. Všetko však závisí od vôle a od financií. Najväčšou výhodou vypúšťania rakiet z plávajúcich plošín je voľnosť pri vyberaní inklinácie orbity. Pozemné kozmodrómy totiž ponúkajú iba určité smery, do ktorých sa môže letieť a táto „strelecká zóna“ je neraz veľmi obmedzujúca.

Ďalšou ruskou raketou ktorá svoju premiéru zažila pred rokom dvetisíc bola Rikša. Priznám sa, keď som toto meno videl prvý krát, tipoval som ju na indický či iránsky stroj. Každopádne, Rikšu vyvinula firma NPO Energomaš. Nosič v oboch stupňoch spaľuje ekologické palivo, kvapalný kyslík a metán. V prvom stupni sa nachádza šesť motorov RD-169 a druhý stupeň disponuje jediným RD-185. Zaujímavé je, že túto raketu je možné vypúšťať aj z mobilných zariadení. Nosnosť sa pohybuje okolo 1 000 – 1 300 kg na nízku obežnú dráhu (LEO). Prvý štart sa uskutočnil v roku 1999, ale projekt zatiaľ nebol dokončený.

Nové kozmické nosiče nevyrábalo iba Rusko. Zahanbiť sa nenechala ani Ukrajina a s pomocou firmy RKK Energija vyvinuli novú verziu rakety Zenit s označením 3SL.Pre vypúšťanie z mobilnej plošiny Sea Launch bola vybavená novým tretím stupňom DM-SL. Unikátne štartovacie zariadenie vzniklo prestavbou ropnej plošiny s hmotnosťou 30 000 ton, ktorá môže byť dopravená do najvhodnejšieho miesta, odkiaľ potom rakety štartuje na určenú obežnú dráhu. Momentálne kotví južne od Havajských ostrovov.

Rakety Zenit patria medzi najsilnejšie nosiče na svete. Ich nosnosť 13 000 kg na LEO síce na prvý pohľad nevyzerá až tak úžasne, ale treba si uvedomiť, že vďaka plošine Sea Launch sa môže náklad dostať úplne všade, či už na polárne dráhy, alebo na GEO. Navyše, veľmi podobnú nosnosť bude mať aj americká raketa Falcon 9 v1.1. Vzhľadom na to, že Zenit som predstavil už v minulom diely o raketách, dnes už o nej viac písať nebudem. Bolo by to totiž omieľanie toho istého stále dookola. Za zmienku stojí už iba prvý štart uskutočnený 28. Marca1999. Náklad vtedy tvoril satelit DemoSat. Prvého komerčného štartu sa raketa dočkala 10. októbra 1999 s družicou DIRECTIV-1.

 

Indická raketa PSLV

Indická raketa PSLV
Zdroj http://mek.kosmo.cz/

Po prvých dvoch raketách, SLV a ASLV, získala India veľmi dobrú infraštruktúru a množstvo odborníkov. Preto bolo načase vyrobiť poriadnu raketu, ktorá bude schopná doručiť do vesmíru naozaj veľký balík. Nosič PSLV (Polar Satellite Launch Vehicle) s nosnosťou 1 400 kg na LEO s váhou cez 300 ton na rampe (v základnej konfigurácii) je doteraz pilierom Indického vesmírneho programu, aj keď dnes ISRO disponuje aj silnejšou raketou. Hlavným dôvodom na vývoj novej rakety v tej dobe boli satelity IRS, ktoré momentálne lietajú na heliosynchrónnej obežnej dráhe. Nosič je tiež schopný vyniesť malý náklad na GEO. Jeden štart stojí iba 17 miliónov dolárov a v roku 2008 získala Indická Kozmická Agentúra (ISRO) rekord, keď vypustila desať družíc naraz. Celkovo už bola PSLV použitá 25 krát a zlyhala iba v dvoch prípadoch.

PSLV je štvorstupňová raketa s boostrami. Urýchľovacích stupňov na TPL je celkovo šesť, každý s ťahom 0,5 MN pracuje 44 s. Prvý, centrálny stupeň tiež používa tuhé pohonné látky. Má ťah 4,86 MN a horí približne 102 s. Druhý stupeň je o trochu zaujímavejší. V ňom totiž India prvý krát použila kvapalné palivo. Motor Vikas vyvinuli v spolupráci s ESA. Ťah má okolo 0,8 MN a horí dve a pol minúty. Tretí stupeň zase používa tuhé pohonné látky, no so špecifickým impulzom 294 s je na tom veľmi dobre. Nakoniec je tu štvrtý stupeň v ktorom sú osadené dva motory na kvapalné palivo. Oba majú ťah 14 kN a horieť môžu až 425 sekúnd. Tiež sú schopné niekoľkokrát sa reštartovať.

Raketa PSLV je plnohodnotný a veľmi dobre prepracovaný vesmírny nosič, ktorý svojou cenou konkuruje obdobným americkým či ruským raketám, ale aj európskej Vege. Vďaka nízkym nákladom na nej tento rok štartoval aj kanadský ďalekohľad – hľadač blízkozemných satelitov Neossat a francúzsko-indická družica Saral.

Celkovo existujú tri verzie, ktoré sa líšia hlavne boostrami a poskytujú veľkú variabilitu. Nosnosť sa pohybuje od 600 do 1900 kg na LEO v závislosti od použitej verzie a zvolenej obežnej dráhy.

 

Ešte v roku 1988 sa na svoj prvý let vydala európska raketa Ariane 4. Vyvinutá spoločnosťou Arianespace. Počas pätnástich rokov štartovala 116 krát a ak počítame aj prvé, takzvané licenčné lety, tak zaznamenala iba tri zlyhania. Vďaka tejto úžasnej spoľahlivosti ktorá prevyšuje 97% bola veľmi obľúbená. Nakoniec ju ESA poslala v roku 2003 do dôchodku, avšak jej rampa ELA-2 na kozmodróme Kourou stále stojí.

Raketa vznikla z jej predchodkýň Ariane 2 a 3 predĺžením prvého a tretieho stupňa, ale hlavne navesovaním dvoch typov boostrov. Pre tento nosič bol vyvinutý úplne nový urýchľovací stupeň na kvapalné palivá. Ten používal motor Viking  6 s ťahom 752 kN a zatiaľ čo starší booster na TPL horel iba 33 sekúnd, novší typ mal palivo až na 142 sekúnd práce. Aj vďaka tomu rapídne zvyšoval nosnosť celej rakety, ktorá sama o sebe bez návesných blokov nebola schopná odštartovať s plnými nádržami.

S novým nosičom prišli aj nové, pre ESA dosiaľ nevídané možnosti. Inžinieri postavili doslova raketovú skladačku. Vďaka možnosti kombinovať boostre vzniklo až šesť verzií a zákazník sa tak mohol vybrať, ktorá z nich by mu najviac vyhovovala.

 

Na tomto obrázku vidíte všetkých šesť verzií rakety Ariane 4. Pre rozlíšenie jednotlivých konfigurácií sa používal číselný a písmenkový kód. Začiatok AR-4 bol všade rovnaký. Potom nasledovalo druhé číslo, ktoré označovalo počet návesných blokov. Napríklad prvá verzia mala označenie AR-40. Na rozlíšenie typu boostrov sa používali písmená P a L. P bolo určené pre novšie bloky na kvapalné pohonné látky a L-kom sa označovali staršie bloky na TPL. Od jednotlivých verzií závisela aj nosnosť rakety. Tá sa pohybovala v rozmedzí 2 000 – 4 800 kg na GTO.

Na tomto obrázku vidíte všetkých šesť verzií rakety Ariane 4. Pre rozlíšenie jednotlivých konfigurácií sa používal číselný a písmenkový kód. Začiatok AR-4 bol všade rovnaký. Potom nasledovalo druhé číslo, ktoré označovalo počet návesných blokov. Napríklad prvá verzia mala označenie AR-40. Na rozlíšenie typu boostrov sa používali písmená P a L. P bolo určené pre novšie bloky na kvapalné pohonné látky a L-kom sa označovali staršie bloky na TPL. Od jednotlivých verzií závisela aj nosnosť rakety. Tá sa pohybovala v rozmedzí 2 000 – 4 800 kg na GTO.
Zdroj: http://mek.kosmo.cz/

 

Prvý krát raketa Ariane 4 štartovala už v polovici roku 1988, v najsilnejšej konfigurácii o dva roky neskôr. Oficiálne sa uvádza, že jej nosnosť je maximálne 4 800 kg na GTO, avšak v skutočnosti sa jej podarilo vyniesť aj 4 969 kg ťažkú družicu. To bolo možné riskantným natankovaním nádrží až úplne doplna, dokonca za ventily a prekročením konštrukčných limitov. Všetko však nakoniec dopadlo dobre. Pre vypúšťanie dvoch satelitov naraz bola vybavená systémom SPELTRA.

Zásadný prielom v európskej raketovej rodine Ariane znamenal nový, v poradí už piaty nosič. Ariane 5 bola úplne prepracovaná. Použité v nej boli nové technológie a takmer všetky diely boli navrhnuté a vyrobené nanovo. Veď už aj výzorovo sa od svojich predchodkýň veľmi líši. Namiesto štyroch stupňov má dva, plus urýchľovacie bloky na TPL.

Ariane 5

Ariane 5
Zdroj: http://mek.kosmo.cz/

Najväčšej zmeny sa však dočkal centrálny, prvý stupeň, ktorý je pýchou Európskej Vesmírnej Agentúry. Pracuje totiž s kvapalným kyslíkom a vodíkom. Túto technológiu zatiaľ zvládli iba Amerika a Rusko. Motor Vulcain s ťahom 1,34 MN je porovnateľný napríklad s legendárnym J-2, ktorý sa používal v horných stupňoch mesačnej rakety Saturn 5 a Saturn 1B. Porovnateľný je aj s motormi  SSME z raketoplánov, avšak je menej dokonalý. Používa totiž takzvaný otvorený cyklus. To znamená, že palivová zmes ktorú spaľuje turbočerpadlo sa nepodieľa na ťahu. Výfukové splodiny sú odvádzané preč. Aj tak si však inžinieri z ESA zaslúžia uznanie. Vytvorili totiž motor so špecifickým impulzom 431 sekúnd! To je veľmi slušné. Vlastne, nepoznám raketu, ktorá by mala v prvom stupni dokonalejší motor. Úplne to však vyvažuje motor druhého stupňa. Rovnako som podobný prístup pri žiadnej inej rakete nevidel. Väčšinou sa totiž úspornosť paliva (špecifický impulz) s ďalšími stupňami zvyšuje. To však v ESA neplatí. Motor Aestus s ťahom iba 27,5 kN má špecifický impulz iba 324 s. Našťastie si však tento nezmysel všimli aj európski špecialisti a veľmi rýchlo svoj omyl napravili. V najnovšej verzii Ariane 5 ECA tak už nájdete kryogeniku aj v hornom stupni. Motor HM7-B už nepoužíva monometylhydrazín, ale spolieha sa radšej na vodík a kyslík a má dokonca vyšší špecifický impulz, ako jeho väčší brat Vulcain. 446 sekúnd je už skutočne zaujímavé číslo. Oproti starému Aestus-u má aj o niečo vyšší ťah, 62,7 kN. Horí síce o niečo kratšie ako jeho predchodca, „iba“ 960 sekúnd, ale za to dokáže urýchliť náklad oveľa viac. Nosnosť Ariane 5 na GTO tak vzrástla z 6 800 kg na viac než desať ton.

Čo sa týka urýchľovacích blokov na TPL, vždy sa pripínajú dva. Každý osamote váži cez 270 ton a tvoria väčšinu váhy rakety. Pri zapálení majú na úrovní mora ťah takmer 6,5 MN a vydržia horieť 129 sekúnd. Svojho času to boli najprepracovanejšie motory na TPL na svete.

Chcel by som vyzdvihnúť úžasnú konštrukciu a skvelé technické prevedenie celej tejto rakety. Ak nerátame Saturny a raketu Energija, tak ju považujem za jednoznačne najprepracovanejší a najúžasnejší kozmický nosič histórie, ktorý má zároveň takmer ideálne umiestnenú odpaľovaciu plošinu (iba päť stupňov od rovníka). Prečo si to myslím? Nikde totiž nenájdete podobne riešenú raketu. Aby sa vôbec vzniesla, potrebuje mať vedľa seba dva obrovské boostre. Jej centrálny stupeň pritom horí takmer jedenásť minút (650 s). Celá raketa používa kryogenické palivá, ktoré sú veľmi náročné. Treba pre ne vyrobiť špeciálne nádrže,  ktoré by sa po menších úpravách mohli použiť ako základ vesmírnej stanice (to sa pri americkom Skylabe aj stalo… o tom však inokedy). A nesmiem zabudnúť ani na pôvabné krivky celého stroja. Je to jednoducho úžasné. Ako čerešničku na torte by som rád uviedol, že počas osemnástich rokov zlyhala iba dva krát, z toho raz pri testovacom lete.. S tým sa viaže aj jedna pikantná udalosť. Let, ktorý sa teraz označuje ako AR-501 a bol to zároveň aj prvý štart vtedy úplne novej európskej rakety prebiehal zo začiatku veľmi dobre. Až do 129. Sekundy boli všetky hodnoty nominálne. Po odpojení boosterov však zvyšok začal nekontrolovateľne rotovať. Miesto plánovaných šiestich stupňov za sekundu to bolo až tridsať, čiže päť krát viac. Aerodynamické sily teda celý komplex vrátane štyroch družíc za takmer pol miliardy eur roztrhali. Preto ESA uviedla raketu do operačného stavu až po dvoch ďalších letoch, keď si už všetci boli istí, že sa situácia nebude opakovať. Prvý komerčný štart prebehol desiateho decembra 1999 a náklad sa na plánovanú obežnú dráhu dostal bez problémov.

Celá raketa so svojimi 777 tonami vynáša okrem súkromných geostacionárnych družíc aj loď ATV. Do budúcna je plánovaná aj vylepšená verzia 5 ESC-B, ktorú podporuje hlavne Nemecko. Francúzka strana považuje za lepšie, vytvoriť úplne novú raketu Ariane 6, ktorá by dosahovala prakticky rovnaké výsledky ako 5+, ale konštrukčne by bola riešená trochu inak. Tak či tak, ja sa na novú Ariane veľmi teším.

Zdroje informácií:
http://sk.wikipedia.org/
http://mek.kosmo.cz/

Zdroje obrázkov:
http://mek.kosmo.cz/
http://mek.kosmo.cz/
http://mek.kosmo.cz/
http://mek.kosmo.cz/
http://upload.wikimedia.org/
http://www.dutchspace.nl/

14. Kozmická Strojovňa - rakety 90. rokov - prvá časť, 2.5 out of 5 based on 7 ratings
Pin It
(Visited 720 times, 1 visits today)
Nahlásit chybu

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 2.5/5 (7 votes cast)
(Visited 720 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


3 komentáře ke článku “14. Kozmická Strojovňa – rakety 90. rokov – prvá časť”

  1. Tomáš Kohout napsal:

    Skvělý článek. Taky si myslím, že konstrukce Ariane 5 je velmi povedená.

  2. Raven napsal:

    Pěkné, opravím jen jednu drobnost (snad překlep) na který jsem narazil.
    Saturn 5 a 1B měli v horních stupních motor J-2, nikoliv J-1, jak se v článku uvádí.

Zanechte komentář