27. Kozmická Strojovňa – zásobovacie lode

Od začiatku dobývania vesmíru v roku 1957, keď sa na obežnú dráhu pozrel Sovietsky Zväz pomocou sondy Sputnik-1 boli ľudia fascinovaní pilotovanými letmi. V priebehu vekov sa ľudstvo túžilo zblízka pozrieť na tie podivné bodky, ktoré svietia na oblohe. Mesiac bol zvlášť príťažlivý. Práve preto sa prvý človek dostal až za hranice vesmíru tak skoro. Trvalo to iba štyri roky. Čoskoro sa však zistilo, že vydržať nehostinnom kozmickom prostredí dlhšie ako pár dní je veľmi problematické. Vznikla myšlienka kozmických staníc obiehajúcich okolo Zeme, Mesiaca… Aj to šlo zrealizovať pomerne ľahko. prvý Sovietsky Saljut sa dostal k slovu koncom apríla 1971. Nasledovali ďalšie, dokonalejšie stanice, ktoré už umožňovali dosť dlhý pobyt v stave bez tiaže. Čoskoro sa však ukázali dva limitujúce faktory. Po prvé, stanica vo vesmíre trie o zvyšky atmosféry a po niekoľkých mesiacoch až rokoch spadne späť na Zem. Po druhé, kozmonauti musia tam hore niečo jesť, piť a dýchať. To dalo vzniknúť ďalšiemu fenoménu kozmonautiky, ktorý dnes poznáme pod názvom zásobovacie lode. Nároky na ne boli veľké. Po prvé, mali mať hermetizovanú sekciu, v ktorej by posádke doručili zásoby, experimenty… Po druhé, museli byť vybavené servisným úsekom, a počítačmi, ktoré ich v automatickom móde pripoja ku stanici (prípadne sa iba priblížia na niekoľko metrov a o zvyšok sa postará staničná robotická ruka). Po tretie, bolo by dobré, ak by disponovali dostatkom paliva na zvýšenie obežnej dráhy, aby stanicu uchránili pred zhorením v atmosfére. Ďalšie žiadané vlastnosti sú schopnosť vrátiť sa na Zem, prepraviť náklad aj v nehermetizovanej sekcii (súčiastky na vonkajšie opravy, experimenty) prípadne aj znovupoužiteľnosť. Zásobovacie lode sú dnes veľmi dôležitou súčasťou pilotovanej kozmonautiky a prakticky každá kozmická veľmoc má nejakú k dispozícii.

Úplne prvou zásobovacou loďou sa stal sovietsky/ruský Progress. Šlo vlastne o upravený Sojuz bez tepelného štítu so zväčšenými palivovými nádržami. Prvá verzia nebola vybavená solárnymi panelmi, preto bola jej životnosť veľmi obmedzená. Palubné batérie sa vybili už po štyroch dňoch. V spojení so stanicou mohli prvé Progressy vydržať až dva mesiace. To bolo dosť času na vyloženie lode, ktorá cestou späť na Zem poslúžila ako odpadkový kôš. Kozmonauti do nákladného priestoru. uložili zbytočný obalový materiál, špinavú bielizeň a nepotrebné experimenty. To všetko potom spolu s loďou zhorelo v atmosfére.

Loď sa skladala z troch úsekov:

Stará verzia lode Progress.

Stará verzia lode Progress.
Zdroj:http://www.aerospaceguide.net/

Nákladný slúžil na prepravu materiálu na stanicu. Bol hermetizovaný plný vzduchu s tlakom jednej atmosféry. Uložiť sa doň dalo až 1,3 t potravín, vody, oblečenia a experimentov. Mal dĺžku 3,14 m a jeho súčasťou bolo aj aktívne dokovacie zariadenie. Celkový objem vnútorného hermetizovaného priestoru bol 6,6 metrov kubických. Bol identický s orbitálnym modulom lode Sojuz.

zásobovacom úseku sa nachádzali dve nádrže s palivom a dve nádrže s okysličovadlom, Ďalej nádrže s dusíkom a vzduchom (celkovo jedna tona tekutého nákladu). Aj táto časť Progressu bola tlakovaná. Všetky tekutiny boli určené na prečerpanie do stanice. Na to slúžilo špeciálne zariadenie. Pred vlastným prečerpávaním sa kontrolovala hermetickosť spojenia a po ňom sa potrubie opláchlo dusíkom, aby sa zamedzilo prípadnému znečisteniu dokovacieho zariadenia.

Na spodku každého Progressu by ste našli servisný modul. Konštrukčne bol prakticky rovnaký, ako servisný úsek Sojuzu. Je rozdelený na prechodovú, prístrojovú a motorovú časť. V prechodovej časti by ste našli nádrže a systém orientácie lode v priestore (desať trysiek). Hermetizovaná prístrojová časť mala tvar valca s priemerom 2,1 m a dĺžkou 1,1 m. V nej boli umiestnené všetky dôležité systémy zabezpečujúce let, komunikáciu s riadiacim strediskom, automatické dokovanie atď. Bol dva krát väčší než v lodi Sojuz. V motorovej sekcii sa nachádzali štyri korekčné a osem orientačných motorov s nádržami. Na vonkajšom povrchu boli nainštalované systémy termoregulácie.

Celý Progress bol dlhý približne sedem metrov a vážil sedem ton. Bola to komplexná loď, ktorá bola schopná celý let od štartu na kozmodróme až po pripojenie ku stanici zvládnuť v automatickom móde, občas s menšou pomocou riadiaceho strediska. Celkovo mohla prepraviť až 2,3 ton materiálu. Na tomto základe sa neskôr vyvinuli ďalšie verzie lode s vyššou nosnosťou a spoľahlivejšími systémami. Prvý let Progressu sa uskutočnil 20. januára a potom sa používal až do roku 1990. Obslúžil väčšinu staníc Saljut a taktiež Mir. Celkovo bolo vyrobených 42 kusov, ktoré sa v horizonte dvanástich rokov aktívne využívali.

Ruská loď Progress M-52 sa pripája k ISS.

Ruská loď Progress M-52 sa pripája k ISS.
Zdroj: http://2.bp.blogspot.com/

Neskôr vznikli ďalšie verzie. Progress-M sa už na prvý pohľad odlišoval solárnymi panelmi, ktoré mu umožňovali dlhšie letieť samostatne, a tak mohol v prípade nejakej poruchy počkať na obežnej dráhe niekoľko desiatok kilometrov za stanicou, kým sa problém neodstráni. Zvýšila sa taktiež jeho nosnosť  a to až o tristo kilogramov. To sa dosiahlo použitím silnejšej verzie rakety Sojuz a odľahčením konštrukcie zásobovacej lode.

Ďalšou zaujímavou variantou je Progress-M1, ktorý môže niesť viac paliva, ale menej nákladu. Celkovo bolo uskutočnených jedenásť letov. Pred dvadsiatimi rokmi sa uvažovalo o vyvinutí lode Progress-M2 s výrazne väčším nákladovým priestorom. Mala byť do vesmíru vynášaná na špici rakety Zenit. Jej hmotnosť by sa teda pohybovala okolo trinástich ton. Nakoniec však z týchto plánov kvôli finančnej kríze v Rusku po páde komunizmu zišlo a momentálne sa už neuvažuje o obnovení vývoja. V najbližšej dobe by sme sa však mohli dočkať nákladnej lode Progress-M3, ktorá by mala byť schopná dopraviť na ISS o trochu viac nákladu, ako dnešné varianty.

Progressy sa právom označujú ako nákladné lode. Sú to vlastne malé kamióny. Ich výrobou sa naštartovala nová éra kozmonautiky. Iba vďaka nim mohol človek na palube kozmickej stanice prežiť dlhšie ako niekoľko týždňov. Neustály prívod zásob a vzduchu zaisťovaný Progressmi veľmi prispel k  (aspoň čiastočnému) pochopeniu účinku mikrogravitácie na ľudské telo a vlastne celkovo k pilotovanej kozmonautike. Myšlienka zostrojiť nákladnú loď nám už dnes príde normálna. NASA tým dokonca poverila dve súkromné spoločnosti (a vznikol Dragon a Cygnus). V roku 1978 však šlo o niečo nevšedné, o nový pohľad na dobývanie vesmíru. Niektorí odborníci tvrdili, ži ide o mrhanie zdrojov. Veď stačilo Progress „trochu“ upraviť a mohol v ňom letieť človek. Avšak nakoniec sa tieto nákladiaky osvedčili a dnes sú už nedeliteľnou súčasťou Ruského vesmírneho programu.

Progress bol veľmi dlho jediným strojom svojho druhu. Američania sa držali filozofie krátkodobých letov raketoplánom ktoré netrvali viac ako dva týždne, Európa nemala prostriedky na pilotované lety do vesmíru a nejaké zásobovacie lode teda boli zbytočné, Japonci a Číňania na tom boli podobne. Prelom nastal potom, čo sa NASA rozhodla vybudovať na nízkej obežnej dráhe veľkú vesmírnu stanicu a na jej stavbu prizvala aj ostatné krajiny s kozmickým programom. Odrazu vznikla potreba zabezpečiť chod vesmírneho laboratória a to bolo možné len pomocou nákladných lodí a raketoplánov. Po havárii Kolumbie už bolo jasné, že väčšina zodpovednosti sa prenesie práve na vesmírne nákladiaky a Space Shuttle bude pri ISS videný vážne len sporadicky. Padlo teda rozhodnutie urýchliť vývoj dopravných prostriedkov tretích strán (prvá strana – NASA, druhá strana – Rusko, tretia strana – hlavne ESA a JAXA). Projekty Európskej ATV a Japonskej HTV došli do úspešného konca v rokoch 2008-2009. Dva roky predtým (2006) NASA vyhlásila, že u dvoch súkromných spoločností si objedná dopravné lode, ktorá majú na obežnú dráhu doručiť 20 ton (spolu 2 x 20) s tým, že potom by sa mohol tento kontrakt predĺžiť a nasledovali by ďalšie štarty. Dnes už vieme, že tými vyvolenými sa stala dovtedy prakticky neznáma Spacex a o trochu známejšia Orbital Sciences Corporation, ktorá okrem iného vyvinula rakety Minotaur a Pegasus. Nejaké zákazky získala aj od armády. Obe spoločnosti už dnes majú za sebou prvý úspešný štart, Spacex dokonca až tri a podobný postup chce NASA aplikovať aj na dopravu ľudí. Pôvodne sa mali prví astronauti dostať na ISS na palube súkromnej lode v roku 2015, dnes vyzerá reálnejšie rok 2016 alebo 2017.

Pekná infografika lode ATV.

Pekná infografika lode ATV.
Zdroj: http://cs.astrium.eads.net/

Začnime však pekne poporiadku európskou ATV (Automated Transfer Vehicle). V súčasnosti je to najväčšia loď, ktorá lieta k ISS. Tomu samozrejme odpovedá aj jej nosnosť. V hermetizvanom priestore dokáže dopraviť až jeden a pol tony suchého nákladu. Ďalej sa tam vojde 800 kg vody a 100 kg plynu (dusík, kyslík, vodik). Hlavnou zložkou ATV je však palivo. V nádržiach by sme ho našli až 4 700 kg. Nie je sa čomu čudovať, veď ATV je ku stanici pripojené až pol roka a za úlohu má dvíhať ISS na vyššiu obežnú dráhu (ISS každý deň kvôli treniu o zvyšky atmosféry klesne asi o 100 m). Objem nákladného priestoru je tiež úžasný, až štyridsaťpäť metrov kubických. Spolu teda ATV dokáže dopraviť až 7 667 kg. Toto číslo sa však ešte zvýši, veď každý exemplár je stále o trochu dokonalejší, ľahší a isté vylepšenia môžeme čakať aj na nosnej rakete Ariane 5.

ATV zatiaľ štartovalo štyri krát. Prvý let prišiel v roku 2008, potom bola tri roky pauza a pokračovalo sa až v 2011. Odvtedy sa uskutoční jeden let ročne. Čo je však smutné, predposledný exemplár ATV je momentálne pripojený k ISS. Po ňom príde v roku 2014 posledný let a táto loď svoju službu definitívne ukončí. Know-How získané z ATV však poslúži pri výrobe servisného úseku pre americký Orion, ktorý s posádkou poletí k Mesiacu a k asteroidom.

Každý exemplár lode ATV má okrem suchého označenia ATV-X (za x dosaď poradové číslo) aj vlastné meno na počesť nejakej osobnosti z histórie. Postupne sa pri ISS vystriedali Jules Verne, Johannes Kepler, Edoardo Amaldi a Albert Einstein. Na budúci rok sa môžeme tešiť na Georgesa Lamaitreho.

HTV v poslednej fáze priblíženia k ISS.

HTV v poslednej fáze priblíženia k ISS.
Zdroj: http://iss.jaxa.jp/htv/

Ako som už spomínal, popri ATV prebiehal aj vývoj HTV. Táto Japonská nákladná loď štartuje na špici rakety H-IIB. Na ISS môže doviezť až 5 200 kg nákladu. Zaujímavé je, že ako jediná bola po skončení programu raketoplánov schopná doviezť na obežnú dráhu náklad v nehermetizovanej sekcii. To sa aj niekoľkokrát využilo. Vozia sa tam náhradné súčiastky na opravy vonkajšej strany modulov ISS. Celá loď bez nákladu váži 10,5 tony. Skladá sa zo štyroch častí.

V pretlakovej sekcii sa nachádza náklad (oblečenie, jedlo, experimenty…). Na jej konci je umiestnený pasívny stykovací modul. Pasívny preto, lebo samotné dokovanie prebieha pomocou robotickej ruky (Canadarm-2) ovládanej posádkou ISS. Podobne sa pripájajú aj zásobovacie lode Dragon a Cygnus. Vďaka tomu môže loď niesť viac nákladu, nemusí byť totiž vybavená tak presným manévrovacím systémom a počítačmi ktoré by sa starali o automatické pripojenie. HTV sa ďalej skladá z otvorenej nákladnej sekcie, v ktorej sa prepravujú náhradné diely. Tie nakoniec skončia na vonkajšej strane stanice. Z lode ich vyberá opäť Canadarm-2. Dovoľuje jej to 3,5 m veľký otvor. Ďalej samozrejme v HTV nájdete sekciu avioniky a motorovú sekciu, ktoré sa starajú o riadenie lode, stabilizujú ju a sú veľmi dôležité aj pri finálnom približovacom manévri, kedy loď zastaví desať metrov pod modulom Harmony. HTV nemá klasické solárne panely, ktoré odstávajú od tela lode. Japonci to vymysleli inak. Obložili nimi stenu HTV. Prílet k ISS trvá približne týždeň a na ďalšie dva mesiace je loď súčasťou stanice. Ku koncu životnosti sa naloží odpadkami a podobne ako ATV a Progress zhorí v atmosfére.

Úplne prvou súkromnou loďou ktorá sa kedy pripojila ku stanici ISS bol Dragon od firmy Spacex. Tento kusisko technológie je veľmi zaujímavý. Napríklad aj tým, že vie dopraviť náklad aj späť na Zem. Túto schopnosť nemá žiadna zásobovacia loď na svete. Vývoj Dragona sa začal približne v roku 2006, keď NASA dala priestor súkromným firmám. Financovala takmer celý vývoj Dragona a navyše poskytla svoje Know-How. Takmer všetko čo nájdete v lodi Dragon sú technológie odvodené z predošlých strojov NASA.

Hlavnou súčasťou, ktorou sa Dragon odlišuje od ostatných zásobovacích lodí je tepelný štít. Zaujímavé je, že nie je jednorazový. Teoreticky by sa dal použiť až desať krát, čo v budúcnosti drasticky zníži cenu za jeden let. Tá sa momentálne pohybuje na rozmedzí 133. miliónov dolárov. Musíme však k tomu zarátať aj raketu Falcon 9.

Ďalšou zaujímavosťou Dragona je jeho servisný modul, takzvaný Trunk. V ňom sa totiž môže, podobne ako v japonskej lodi HTV prepravovať náklad. Táto možnosť sa využila pri lete Spx-2, keď Dragon prepravil náhradné súčiastky na budúcu opravu veľkých solárnych panelov ISS. Servisný úsek je ďalej vybavený solárnymi panelmi, ktoré napájajú loď. Motory a stabilizačné trysky nájdete v návratovej časti Dragona. Tým pádom sa pri opakovanom použití tejto nákladnej lode musí vyrobiť iba Trunk, ktorý zas nestojí tak veľa.

Dragon sa pripája k ISS pomocou kanadskej robotickej ruky.

Dragon sa pripája k ISS pomocou kanadskej robotickej ruky.
Zdroj: http://www.wired.com/

Dragon sa, podobne ako HTV, pripája k ISS pasívne pomocou kanadskej robotickej ruky. Teoreticky môže na palubu stanice (a v Trunku) doručiť až 3 310 kg materiálu. Zatiaľ sa však plná kapacita nevyužila, pretože bola použitá prvá generácia nosnej rakety Falcon 9 s nízkou nosnosťou. Hmotnosť prázdneho Dragona je 4 200 kg (spolu s nákladom pri štarte asi 7 510 kg). Hermetizovaná časť má objem 10 m3, Trunk až 14 m3. Prvý historický let Dragona k ISS prebehol minulý rok 22. mája 2012. Ešte predtým sa však v roku 2010  na obežnú dráhu pozrela nekompletná verzia lode, ktorá mala za úlohu vyskúšať všetky kľúčové systémy (aj návrat na Zem). V budúcnosti sa možno dočkáme aj pilotovanej verzie Dragon Rider schopnej prepravovať sedem ľudí. Za Zmienku tiež stojí DragonLab, na ktorého palube by sa mali odohrávať vedecké experimenty (obdoba ruskej družice Bion-M). Nie je vylúčené, že sa v ďaaalekej budúcnosti možno dočkáme aj verzie Red Dragon. Tá by mala dopravovať ľudí a náklad na Mars (!) Spacex má s Dragonom veľké plány. V tomto stroji je veľa potenciálu. Zostáva len dúfať, že ho budú schopní využiť naplno.

Posledný prírastok do rodiny zásobovacích lodí je Cygnus. Je to taktiež súkromná loď, ktorú vlastní firma Orbital Sciences Corporation. Nie je taká pokročilá ako Dragon, ale napriek tomu sa v budúcnosti stane kľúčovým prostriedkom v zaisťovaní fungovania Medzinárodnej vesmírnej stanice.

Zásobovacia loď Cygnus pri ISS.

Zásobovacia loď Cygnus pri ISS.
Zdroj: http://news.bbcimg.co.uk/

Cygnus je vlastne pekná skladačka. Jej hermetizovaná časť vychádza z modulov MPLM, ktoré používali na dopravu zásob raketoplány. Servisný úsek je zase odvodený od GEO Star Satellite Bus a sondy Dawn. Podobne je to s nosnou raketou Antares, ktorá bola navrhnutá a vyrobená na mieru. Tá má v prvom stupni dva upravené slávne ruské motory NK-33, ktoré využívala neúspešná sovietska raketa N-1. Nádrže prvého stupňa sú takmer identické s nádržami ukrajinského Zenitu, rovnako ako aerodynamický kryt. Druhý stupeň Castor 30 na TPL, ktorý dostane Cygnus na orbitu, sa v používal už pred päťdesiatimi rokmi v rakete Scout. Samozrejme, na Antarese je jeho vylepšená verzia ktorá môže meniť svoj ťah, ale ak si to dáme celé dokopy, dvojica Antares-Cygnus sú prakticky iba recyklované technológie z minulosti. Napriek tomu to funguje a OSC má momentálne k ISS pripojený prvý letový exemplár Cygnusu!

Zaujímavé však je, že OSC po úspechu nezaložila ruky. Práve naopak, postupne sa má vylepšovať raketa Antares, štvrtý exemplár Cygnusu (extended) bude mať o polovicu väčší nákladný priestor a miesto klasických dvoch ton dopraví až 2 700 kg nákladu. Použité budú okrem iného aj nové solárne panely, ktoré vážia menej a poskytnú viac elektrickej energie. Zmenami prejde prakticky všetko.

Teraz jedna zaujímavosť. Cygnus je prvá loď, ktorá na ISS dopraví viac nákladu, ako sama váži. Jej hmotnosť je iba 1 500 – 1 800 kg (záleží od verzie lode), zatiaľ čo váha nákladu je 2 000 – 2 700 kg. To je veľmi dobrý výkon.

Orbital Sciences Corporatiou je firma, ktorá sa očividne na poli kozmonautiky vie pohybovať veľmi dobre. Dokázala spojiť množstvo na prvý pohľad odlišných technológií a stvoriť neuveriteľne výkonnú raketu s nosnosťou približne päť ton a vesmírnu loď, ktorá dokáže dopraviť viac nákladu ako ruský Progress. Ako sa hovorí, vývoj nezastavíš, ale v tomto prípade sa nejednalo o vývoj. Technici OSC triezvo uvažovali a zamerali sa na jedno – efektivitu. Za to im odo mňa ide veľká pochvala a obdiv. Ich výtvor je síce pekný mačkopes, ale funguje. A funguje dobre.

Čo nás čaká v budúcnosti? Na poli zásobovacích lodí nič moc. Po tom, čo americké firmy ukončili vývoj svojich strojov tu bude chvíľu ticho. Európska ESA a japonská JAXA pred časom oznámili, že by svoje zásobovacie lode radi vybavili návratovým puzdrom. Zatiaľ sa však nič nedeje. Rusi by radi nahradili Progressy niečím výkonnejším. Pravdepodobne upravia svoju pilotovanú loď PPST, ktorá odštartuje s posádkou v roku 2017-2020 (závisí na finančnej situácii). Pravdepodobne si svoju loď postaví aj Čína. Momentálne totiž začína pomaly ale isto zamiešavať karty na poli pilotovanej kozmonautiky. Vypustila svoju prvú vesmírnu stanicu Tiangong-1 a v roku 2015 bude pokračovať s dvojkou. Tá už bude väčšia a posádka v nej určite strávi dlhší čas. Ich nákladná loď bude vychádzať zo stanice Tiangong-1 (tá mala iba osem ton). Niekedy v ďalekej budúcnosti sa snáď dočkáme aj lodí, ktoré budú voziť zásoby ku mesačným základniam, na Mars, asteroidy a podobne. Éra zásobovacích lodí teda zďaleka nekončí.

Zdroj: http://historicspacecraft.com/

Zdroj: http://historicspacecraft.com/

Zdroje informácií:
http://en.wikipedia.org/
http://mek.kosmo.cz/
http://www.orbital.com/
http://www.spacex.com/

Zdroje obrázkov:
http://www.enjoyspace.com/uploads/news/octobre2010/atv/atv-esa.jpg
http://www.wired.com/images_blogs/autopia/2012/05/DragonISS1-660×499.jpg
http://news.bbcimg.co.uk/media/images/70182000/jpg/_70182384_70182383.jpg
http://cs.astrium.eads.net/sp/spacecraft-propulsion/bipropellant-thrusters/images/atv-description.gif
http://www.aerospaceguide.net/progress.jpg
http://historicspacecraft.com/Diagrams/S/ISS_VV_Spacecraft_RK2012_600x600.jpg

27. Kozmická Strojovňa - zásobovacie lode, 2.5 out of 5 based on 12 ratings
Pin It
(Visited 967 times, 1 visits today)
Nahlásit chybu

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 2.5/5 (12 votes cast)
(Visited 967 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)


8 komentářů ke článku “27. Kozmická Strojovňa – zásobovacie lode”

  1. Martin Gembec napsal:

    Strašně náročný článek, některé překlepy se dají snést, ale u jmen známých osobností bych to určitě opravil 😉 Jules Verne, Johaness Kepler, Leonardo Amaldi a Albert Einstein -> Jules Verne, JOHANNES Kepler, EDOARDO Amaldi a Albert Einstein.

  2. slappy napsal:

    Chapu tedy spravne, ze pro vsechny tri lety SpaceX k ISS byl pouzit jeden a tentyz navratovy modul Dragonu?

  3. Honza napsal:

    Díky za pěkný článek.

Zanechte komentář